世界杯的Trionda球挑战传统空气动力学
2026年世界杯的官方球设计可能会成为比赛中104场比赛得分的决定因素。根据新的研究,这颗名为“Trionda”的足球是男子世界杯历史上首次仅由四个面板制成,这一特征改变了它切割空气的方式,从而改变了球的加速度、轨迹和范围。自1970年以来每四年一次,阿迪达斯去年10月公布了2026年世界杯的官方球。Trionda以其代表东道主美国、墨西哥和加拿大的三色方案而引起关注,但由于其前所未有的采用四个面板热压粘合结构,也引发了人们对球在场上稳定性的质疑。普吉特海湾大学的物理学访问教授兼该球性能研究的联合作者约翰·埃里克·戈夫在《对话》的文章中解释说:“较少的面板可能意味着整体接缝长度较短,因此表面更光滑。光滑度很重要,因为附着在表面上的薄空气边界层决定了流动的分离位置、形成的尾迹大小以及表面经历的阻力。”2010年南非世界杯使用的“Jabulani”球具有类似的特性,在比赛中会引起球的方向意外改变或飞行速度突然降低。为了应对这一问题,阿迪达斯在Trionda中加入了深缝,每个面板有三条明显的凹槽,以及设计用于改善空气动力学稳定性的纹理表面。戈夫和他的同事希望确定这些修改是否足以避免观察到的Jabulani的不规律性。为此,他们对Trionda进行了系列风洞测试,这是一种用于分析空气与在各种条件下移动物体的相互作用的技术。测试使他们能够测量球的空气动力学力系数,例如描述空气如何生成阻力和改变飞行稳定性的参数。此外,研究人员分析了所谓的“空气动力学阻力危机”,当达到某些速度时,空气阻力会发生突然变化的现象。使用Trionda获得的结果与在先前世界杯球(Al Rihla(2022)、Telstar 18(2018)、Brazuca(2014)和Jabulani(2010))上进行的相同模拟进行比较。实验表明,Trionda在接近43公里每小时(km/h)的速度下达到了其空气动力学阻力的临界点。这个数字低于阿迪达斯的Al Rihla、Telstar 18和Brazuca的50至65 km/h范围,以及Jabulani达到的79至97 km/h。阿迪达斯提供 这意味着,2026年世界杯的官方球,得益于其粗糙的表面,与Jabulani相比,在短距离的角球或任意球等动作中,气流速度的减缓更加均匀。因此,这颗球在这些类型的动作中应更加稳定,并且会表现出较少的不可预测运动。然而,在较高的速度下,下一届世界杯的球将失去远程能力。这意味着例如在一次寻求达到中场的门球中,球可能会比预期提前几米下降。戈夫表示:“在我们的模拟中,Trionda与Brazuca、Telstar 18和Al Rihla之间的差异不大,但足以让球员注意到远射未能达到目标数米。”作者们还建议,连接球的技术如何集成也可能影响新球的空气动力学。自2022年以来,世界杯使用的球内置了一个芯片,用于实时向视频裁判系统(VAR)和半自动越位系统发送信息。在以前的模型中,该测量单元悬挂在球的中心。随着Trionda的出现,架构发生了变化:传感器现在位于一个面板内的内层,而在其他三个面板中则放置了平衡结构的配重。研究人员澄清,他们的研究无法准确预测球在下届世界杯每场比赛中的行为。他们指出,测试是在没有旋转的射门下进行的,海拔、湿度、温度和气压等变量也会影响每次击打后的轨迹。尽管如此,他们认为他们的发现有助于解释一些壮观进球或前锋明显失误背后的物理原理。“每四年,新的设计为我们提供了一个新的视角,去观察物理如何发挥作用,而不仅仅是在理论上,而是在每位站在球场上的球员都必须依赖的物体的运动中,”戈夫说。
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