【科普中国繁星追梦】双脚丈量求学路 黄土地培养出“最接地气”院士******
编者按:他们,是胸怀祖国、求真务实的科学家,奋斗在国家最需要的地方;他们,是人们眼中的学术“大神”,用超智慧的头脑,把论文写在祖国大地。他们,从学生时代走来,一步步成为了两院院士,引领着国家的科研发展。他们的青葱年代有哪些不为人知的故事?是否曾经也是“中二”少年?《科普中国繁星追梦》带你走进10位院士的璀璨人生。
本期嘉宾:张启发,中国科学院院士、华中农业大学教授、2018未来科学大奖-生命科学奖获奖者
开学第一课:与土地的“亲密接触”
张启发:开学的第一天,辅导员老师跟我们说:“同学们,今天刮了一天大风,要下雨了,学校里有几百亩黄豆要收回来,不然就烂在地里了。”我第一次在大学见到老师,老师说的前几句话就是叫我们去收黄豆,第二天还是收黄豆,连续收两天黄豆,这就是我的开学第一课。可能现在你们会觉得不可思议,但是当时因为我当了六年的农民,就觉得干就干,反正之前天天都是这样过的。
“最接地气”大学培养“最接地气” 院士
张启发:我们老师开玩笑说,周边的农民都把学校称作是“大砖”院校,为什么呢?因为学校的院墙是从水稻田里挖出的一块一块的土垒起来的,所以是“大砖”。
双脚丈量求学路
张启发:当时上荆州中学,我是从老家走到学校去的,而且我上学期间很多时候都是这样走过来的。尽管有公共汽车,但是那个时候一张车票要几毛钱,我不太舍得,就选择用双脚走。后来我还步行走到过韶山和长沙,当时走了一个星期才到韶山。
人不追求建树,与草木何异?
张启发:从小到大,我都有一个不改的初衷,就是人要有所建树。人之所以为人,作为一个个体,就是要追求建树,不然的话,引用《三国演义》里的一句话,叫做“与草木何异”,也就跟一般的动物没有什么区别。来到这个世界上,总要留下一点属于你自己的印记。所以我自己就是这样一个心态,不断地追求建树,总是想做得好一点,总想做一个最好的自己,这也是这一辈子干下去的源动力。
出品人
杨 谷
总监制
宋乐永
总策划
战 钊 宋雅娟
统筹|编导
宋雅娟 蔡 琳
文 案
蔡 琳谢 芸
摄 像
肖春芳
制 作
光明网科普事业部
联合出品
中国科协科普部、光明网、哔哩哔哩、未来科学大奖
绕过人墙、半路转弯 怎么在世界杯踢出超帅“香蕉球”?******
又到了四年一度的世界杯
不知道大家是否还记得
2018届世界杯中
葡萄牙和西班牙相遇的小组赛
C罗在最后时刻力挽狂澜
踢出被解说员叹为
“翩若惊鸿,宛若蛟龙”的
“C型”任意球,扳平比分
被踢出的球为什么会迅速升降?
又为什么会“拐弯”呢?
首先我们来了解一下任意球
任意球是啥?
任意球是罚球的一种。它是一种在足球(或手球)比赛中发生犯规后重新开始比赛的方法。
任意球分两种:直接任意球,踢球队员可将球直接射入犯规队球门得分;间接任意球,踢球队员不得直接射门得分,球在进入球门前必须被其他队员踢或触及。判罚前场任意球后会使用一种泡沫喷剂划定球的摆放位置,以及人墙的站位,发任意球时需要用手触球,然后在裁判哨响后踢球。
香蕉球?能吃吗?
事实上,C罗踢出的这种任意球在足球比赛中并不少见。
在1997年,在巴西对法国的一场足球比赛中,巴西足球运动员Roberto Carlos,在没有通向球门的直接路线的情况下,从35米外开出一个任意球。他的射门使球飞过球员,并在快要出界的时候急转向左,砸入球门。
图源:网络 香蕉球图解
球的突然拐弯让在场球员,特别是法国守门员根本来不及反应。这个史上最漂亮,最具标志性和最违反物理学定律的任意球,被叫作“香蕉球”。法国物理学家对此研究了数年,终于用“马格努斯效应”解释了这个问题。
马格努斯效应
图源网络
当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时,在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象。这是流体力学中的一种现象。
图源:陕西师范大学物信院 马格努斯效应示意图
旋转物体之所以能在横向产生力的作用,是由于物体旋转可以带动周围流体旋转,使得物体一侧的流体速度增加,另一侧流体速度减小。
是不是听得云里雾里?
香蕉球轨迹
球在气流中运动时,如果其旋转的方向与气流同向,则会在球体的一侧产生低压,而球体的另一侧则会产生高压。运动员的用力方向朝右,所以足球逆时针旋转。拐点处足球左侧产生低压,右侧产生高压,这样就导致足球存在横向的压力差,并形成向左侧的力。
图源:NKPhysics
根据物理公式,距离越远,速度越慢,球偏离角度也就越大。因此,我们能看到在香蕉球运行的末尾时刻,会发生更剧烈的偏转,给守门员一个巨大的“惊吓”。
我也能踢出和C罗一样的球吗?
回到文章开头提到的C罗“力挽狂澜”的任意球,这一球不止踢出了上述“香蕉球”的概念,同时也混合了“电梯球”,即指大力踢出的足球,下落很快,像是从电梯上下坠,它实际上是高速飞行的足球受到重力和大雷诺数阻力下的运动轨迹。
图源: 中国物理学会期刊网 皮尔洛的“电梯球”
葛惟昆教授解释说:“踢出电梯球的一大关键要素,就是球的初始速度要快。”要踢电梯球,球的初始速度应该接近150公里/小时,没错,就是一辆车在高速公路上狂飙的速度。
图源:科学世界
研究人员在进行场景模拟时发现,要想让100公里/小时以上速度的任意球避开人墙(假定在距离约9米远的位置有5名身高1.8米的对方球员并排)成功射门,球离开地面时与地面的夹角必须控制在15°~17°之间,也就是仅有2°的精度范围(在距离球门25米的位置,踢出转速为每秒8转的侧旋弧线的情况)。
如果是足球,以每小时90千米的速度每秒旋转8转,球会在这个距离内弯曲3米以上。
图源见水印
而踢出弧线的关键在于,落脚点在偏离球心的位置,偏离球心的幅度越大,球的转速越快。有研究人员称,安德烈亚皮尔洛等优秀的任意球球员会使球的旋转轴倾斜角度大于侧旋,让马格努斯力倾斜向下发挥作用,从而踢出“球速快、大幅弯曲的同时又急剧下沉的”球路。
资料来源:科学世界、中国物理学会期刊、科技日报、天津科普说、NKPhysics
整理:董小娴
(文图:赵筱尘 巫邓炎)