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NASA测试桑巴荣耀:世界杯变空气动力学课

2014年国际足联世界杯足球赛正如火如荼地进行,全世界的球迷享受着激情四射的足球盛宴。这些球迷中也包括了美国航空航天局(NASA)的工程师们。他们选择了一个特殊的方式参与其中,即对本届世界杯的比赛用球----阿迪达斯出品的“桑巴荣耀(Brazuca)”足球----进行测试,向公众展示这款足球的空气动力学特性。

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拉比・梅塔博士利用烟雾和激光来观察阿迪达斯Brazuca足球的空气动力学特性。

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在一个43厘米长的水道中,拉比・梅塔博士和克里斯蒂娜(Christina Ngo)正在对一个传统32面足球的比例模型进行观察。荧光染料和暗灯使流体模式清晰可见。

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艾姆斯研究中心的水道中,一个传统32面足球的等比例模型正在接受测试。绿色染料显示的是围绕球体的水流;粉红色染料是单独注到球的后面,显示出低压区域。尽管NASA的科学家并没有参与“桑巴荣耀”足球的设计和测试工作,但通过他们的实验,可以使学生和民众了解一些不大为人熟悉的空气动力学基础知识。相关的测试在NASA艾姆斯研究中心进行。

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艾姆斯研究中心流体力学实验室的风道中,近距离观察“桑巴荣耀”足球。被激光照亮的烟雾显示出球体周围的气流。

拉比・梅塔(Rabi Mehta)博士是NASA艾姆斯研究中心实验航空物理科主任,他说:“体育提供了很好的机会,可以让下一代的研究者通过一些相关的东西了解空气动力学领域。”空气动力学是研究气体和液体----在研究中称为“流体”----在物体周围如何流动的学科。埃姆斯研究中心的工程师在空气动力学基础研究中具有世界领先的地位,他们对流体在三维形状如圆柱体、球体周围流动的模式有深入了解。根据这些知识,工程师可以预测出形状上的微小改变,会对流动模式产生怎样的影响。

据称,在2010年南非世界杯时,比赛用球“普天同庆”(Jabulani)会表现出一些“超自然”的运动状态。这款足球深受前锋欢迎,却是守门员的噩梦,因为当踢球时没有或者只有很少的旋转时,足球会突然坠落形成“电梯球”,使前锋更容易得分。踢出“电梯球”的时候,球体几乎没有旋转,气流在球的缝线处以一种不寻常且不稳定的方式流动,球的轨迹变得无法预测。

在体育运动中,利用球的飞行特性来获得优势并不新奇。在棒球比赛中,投手根据球的缝线控制球的旋转,投出弧线球、快球、滑球、指间球等不同的球路。对足球而言,球体表面并没有突出来的缝线,但大部分足球球面确实是有接缝的。为了解决“普天同庆”足球所具有的不可预测性问题,阿迪达斯公司与数百名球员合作,开发出“桑巴荣耀”足球。传统的足球由32个面拼接起来,“普天同庆”足球只有8面,而“桑巴荣耀”则仅有6面。

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