用物理学知识踢足球

黄淑芬

2017年12月18日，清华大学教授葛惟昆在HiTC演讲大会上，用专业的物理学知识分析了足球体的材质与表面状态、点球的进球率、“电梯球”急速下坠的原理、同一初射角的不同初速的比较等。令人耳目一新的足球物理学受到了很多球迷的追捧，也让葛惟昆教授迅速走红。

今年75岁的葛惟昆是土生土长的北京人，从北京大学物理系毕业后，他去了英国的曼彻斯特大学留学。一次，他在校园里散步，路过体育场时，看到那里正在进行足球比赛，在好奇心的驱使下，他驻足观看。那次之后，每到周末，他都会到体育场去看踢足球，就这样，他慢慢地喜欢上了足球。

从20世纪90年代开始，每次看球赛，葛惟昆都会用笔记本画下每支球队踢球、进球所经过的路线，并且还画出了足球落下的状态和图形。然后，他亲自到球场上，按照笔记本上记下的踢球样式反复进行实验。

真正让葛惟昆从物理学的角度去研究足球，缘于一场中国队的世界杯预选赛。在那场比赛中，尽管中国队拼尽了全力，却还是被拦在了世界杯的大门外。那天，葛惟昆坐在电视机前叹息之余，不禁在心里问了无数个为什么：中国是足球的发源地，究竟中国队缺少什么呢？

葛惟昆带着这些问题，走进球场，他一次次将足球踢起，记录球的角度及下落的速度。那时他发现，初射角同为45度，却有着不同的初速。他赶紧把得出的数据画在坐标上，抛物线让“同一初射角的不同初速的比较”一目了然。

那段时间里，葛惟昆专注于自己的足球物理学研究。有一天，他已经上床休息了，但灵感忽然涌出，他顾不上冬夜的寒冷，起床披上衣服，在书桌前不停地写画起来。为了使自己画出来的东西更具有说服力，第二天他又到球场，一边踢球，一边改进研究出来的数据。

但是，千百年来，世界各国的球员们都是一样踢球的，用物理学的角度去踢球，真是闻所未闻，所以葛惟昆的做法被体育系的一些老师认为是“纸上谈兵”。有一次，为了证明球是直线射进球门快，还是弧形踢进去更快，葛惟昆与体育老师们争得面红耳赤。最后，他拉上体育老师到球场上验证，只为了证明他的答案是对的。

2014年，葛惟昆根据多年论证得出的数据，录制了一部名为《足球运动与科学》的视频课程。课程里对各种球进行了详细的分解，比如为什么“香蕉球”会以诡异的弧线拐进球门。为了论证“香蕉球”，葛惟昆仔细地反复观看贝克汉姆是如何踢“香蕉球”的。从起脚到踢出球，再到球拐进球门的时间与速度，他准确地计算出一组组数据。在得出数据后，他又马上去球场进行实验。经过千百次的亲身体验，他终于得出了旋转的球体在飞行中因马格努斯定律而产生了偏转，这才使得“香蕉球”能够拐进球门。

“电梯球”则是通过运动员的腰部和小腿发力，让足球初速度很快，同时不旋转，最后突然落下。“电梯球”看似轻松，但在球场里的操作中，葛惟昆发现，腰部和小腿发力，还是不能用同等的力。所以，速度不是不够快，就是球旋转了。为了实验这个“电梯球”，葛惟昆常把自己腿上弄得伤痕累累。最后，凭着韧性，他把这个难关拿下了。

走红后的葛惟昆，每天依然在研究足球。他说：“我希望‘物理+足球’理论能够给球员们带来帮助，哪怕只是一个小小的改变，也要坚定信念，做给怀疑自己的这个世界看看。”