马格纳斯力-概述

食指水平垂直的拇指则表示“马格纳斯力”的方向

马格纳斯力，物体在流体中移动时会受到阻力的影响。物体在流体中移动并旋转时，假设之前所讨论的球在流体(例如水或空气)中移动时，会绕着通过其质心的轴旋转。当球旋转时会产生升力。例如现在想想一个与上面同样位置的弧线球在门前排成一排的防守队员人墙附近突然转向，该球用的是侧旋，其产生的力叫做马格纳斯力(Magnus force)，这正是球的运动轨迹发生转向的原因。

马格纳斯力-研究发现

1、在粘性不可压缩流体中运动的旋转圆柱受到举力的一种现象。这个效应是德国科学家H.G.马格纳斯于1852年发现的，故得名。

2、在静止粘性流体中等速旋转的圆柱，会带动周围的流体作圆周运动，流体的速度随着到柱面的距离的增大而减小。这样的流动可以用圆心处有一强度为Γ的点涡来模拟。 于是马格纳斯效应可用无粘性不可压缩流体绕圆柱的有环量流动来解释(见有环量的无旋运动)。

3、马格纳斯效应曾被用来借助风力推动船舶航行，用几个迅速转动的铅直圆柱体代替风帆。试验是成功的但由于不经济，所以未被采用。足球、排球、网球以及乒乓球等的侧旋球和弧圈球的运动轨迹之所以有那么大的弧度也是起因于马格纳斯效应。

马格纳斯力-原理机理

马格纳斯效应能助贝克汉姆踢好香蕉球

1、球体在快速移动时，会产生一个分离点并在球体后方产生紊流，在紊流尾流中的压力低于作用在球体前端的压力，而此压力差会产生阻力分力。当球旋转时(假设球是绕着通过中心的水平轴顺时针旋转的，通过球体上方的流速会加快，而通过球体下方的流速则会减慢。

2、由于摩擦力的作用，球体表面上有一层薄薄的流体边界层。在球体的表面上，边界层里的流体对球体的相对速度为0。在边界层中，离球体表面的距离越远则流速越快。在球体旋转的状况下，因为球体上方的流速增大而下方的流速减小，所以球体上下方的流体就产生压力差。此外球体上方的分离点会被推向更后方。

3、结果在球体四周产生不对称的流动模式和垂直于流动方向的净升力(因压力差产生的)。如果球体的表面有点粗糙，不只会使摩擦力增加，也会使升力增加。马格纳斯升力的量值与物体运动的速度、旋转率、流体密度、物体的大小，以及流体流动的性质成正比。

4、这个力并不容易分析计算，而且由于流体动力学中的许多问题，你必须依赖实验数据来正确地估计特定状况下物体的马格纳斯升力。

马格纳斯力-飞行轨迹

运动员在罚球区外距球门18米处起脚射门，足球直奔球门左上角。如果是在海平面，这一记射门会使球以每秒22.8米的平均速度飞行，并在0.817秒后穿过球门线。因为阻力与空气密度成比例，所以同样一记射门，在海拔1700米会比在海平面速度更快，会在0.801秒后到达门线，大约比在海平面时前移了两个球直径的长度。这就使得球下落时间更少，从而使之击中门楣。这样的结果，是球员必须适应球的飞行，要让球落在门楣之下，他们必须学会要将目标瞄准得略低于正常水平，将球的起飞角度降低约半度。防守球员同样需要适应。已经习惯了海平面足球运动轨迹的守门员需要比正常情况的反应更快，要不然他就会看到球飞过其伸出的手指进入网中。现在想想，一个与上面同样位置的弧线球在门前排成一排的防守队员人墙附近突然转向，该球用的是侧旋，其产生的力叫做马格纳斯力(Magnus force)，这正是球的运动轨迹发生转向的原因。

在海平面时，射门的球速是每秒20米，球大概是在1.114秒后在人墙的右手末端转向，然后折回进入球门左上角。而在约翰内斯堡，完全相同的一记劲射要么飞过门楣，要么就打在人墙上。因为较低的空气密度既降低了阻力也减小了球的自旋效应。随着球员对高海拔的适应，他们将学会将击球位置略微下移，并应用更多的旋转让球绕过人墙进入球门上角。这一记射门比其相应的海平面射门提前0.03秒(或2个球的直径)跨过球门线，假如守门员的反应与在海平面一样的话，这个球就会在他有可能接到之前已经进到门内了。

马格纳斯力-剖析原因

飞行中高尔夫球与光滑球体比较

“香蕉球”在飞行中拐弯，这里不妨先从流体的粘滞性说起。当我们把手伸进水中再拿出来，手的表面会粘上一层水。同样，球的表面也附着一层薄薄的空气，当“香蕉球”一边飞行一边自转时，会带动表面的空气一起旋转,其中一侧转动的线速度和球的前进速度相加，使得迎面气流受到较大阻力，另一侧情况则恰恰相反，自转的线速度和前进速度相减。于是带来了球的两侧气流速度不同。根据伯努利原理“流速越快压力越小”。“香蕉球”便受到一个侧向的力，也称“马格纳斯力”，导致了飞行轨迹的弯曲。伸出右手，用食指表示球的飞行方向，蜷曲的三指表示球的旋转方向，与食指水平垂直的拇指则表示“马格纳斯力”的方向。

其实早在1954年世界杯赛中，巴西足球前辈迪迪就已经踢出了弧线球，不过那是叫“干树叶”。英国谢菲尔德大学甚至研究了为什么是南美人而不是欧洲人发明了香蕉球。他们确信过去的足球用皮革制成，极易吸收水分而增加重量，使得旋转后的弧线效果大打折扣。南美气候比起欧洲干燥，因此“香蕉球”的弧线效应更加明显和易于被人发现。事实也证明，随着布满微型气泡的防潮防水合成材料取代了天然皮革，随着热粘合技术制造的14拼块足球取代了手工缝合的26块或32块六边形拼成的传统足球，踢出“香蕉球”的难度大大降低了，弧线效应也越来越显著和强化，新款足球“飞火流星”“团队之星”问世时，都曾被称作守门员的“杀手”和“噩梦”。