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(來源:麻省理工科技評論)
本月即將開打的 FIFA 世界杯有很多新鮮之處:舉辦地是美國、加拿大和墨西哥,這是世界杯首次在三個國家聯合舉辦;參賽隊伍也是歷屆最多。和過去半個多世紀的每一屆一樣,這屆世界杯也將使用一款全新設計的足球。
這款新球叫 Trionda,由 Adidas 制造。一組專門研究世界杯用球物理特性的團隊已經跟蹤這個課題 20 年了,最近他們對 Trionda 做了風洞測試。
Trionda 只有四塊拼板,上面印著紅、綠、藍三色的楓葉、綠鷹和星星圖案,分別代表三個東道國,拼板表面刻有深槽紋路。風洞實驗的結果是:Trionda 在某些方面比前幾代有進步,但踢遠距離射門時球可能飛得沒以前那么遠。
“簡單來說,Trionda 可能會讓超遠距離的傳球和射門吃一點小虧,但它會讓技術動作干凈的球員受益——球的飛行軌跡更可預測了,”團隊成員約翰·埃里克·戈夫(John Eric Goff)說。他研究運動物理學,即將到普渡大學擔任工程實踐教授。“守門員、打長傳的后衛、遠射手——我覺得這幾個位置最先能感受到區別。”
從 1970 年代起,Adidas 會為每屆世界杯設計一款新球。頭幾十年主要改的是外觀:1986 年墨西哥世界杯的球印了阿茲特克神廟圖案,1994 年的球用了太空元素紀念登月 25 周年。結構上也有改進,比如升級了泡沫內芯、提高了防水性能,但基本設計始終沒變——32 塊五邊形和六邊形拼板縫在一起。
2006 年德國世界杯打破了這個傳統。Adidas 推出的 +Teamgeist 球只用了 14 塊弧形拼板,而且不再縫合,改用熱粘合。戈夫說這種設計能更好地隔絕水分,防止球在比賽中越踢越沉。差不多從那時起他開始研究足球。之后這些年,Adidas 每屆都在改——換紋路、減拼板——變化大到足以影響比賽,他和同事就一路跟著測。
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球在空中怎么飛?
戈夫很早就發現,分析足球的飛行軌跡數據可以推算出它的阻力系數——這個數字決定了球在某個速度下飛行時受到多大的空氣阻力。之后他開始和日本筑波大學的團隊合作,每出一代世界杯新球就測一次,看設計變化怎么影響球的飛行。
實驗方法這些年刻意保持不變。負責實驗的淺井武(Takeshi Asai)教授說:“保持連續性很重要,這樣新數據才能跟歷史數據做比較。”具體做法是把球固定在一根金屬桿上,連接到一臺叫“力平衡儀”的設備。風洞吹出的風速從每秒 7 米到 35 米不等,跟真實比賽中球的速度一致,設備同時測量球受到的阻力和升力。
團隊會用不同朝向來測,“但測不了太多次,因為一顆 Trionda 要 170 美元。”戈夫說,而且每測一次球基本就廢了。拿到阻力系數隨速度變化的數據后,戈夫再寫代碼模擬球的完整飛行軌跡。
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從 2010 年的“妖球”說起
團隊的分析一直追溯到 2010 年世界杯用球 Jabulani。這顆只有八塊拼板的球當時被球員罵慘了,守門員們尤其憤怒,說它的飛行軌跡詭異到離譜。一名球員告訴《衛報》,這個球會“邪門地往下墜”。
Jabulani 的關鍵問題是:太光滑了。它在高速飛行時阻力系數確實低,但球速一降到某個臨界點,阻力系數就會猛然飆升,球急劇減速,出現那種讓球員崩潰的詭異軌跡。這種突變在空氣動力學中叫“阻力危機”。球面越光滑,這個突變發生的速度越高;如果在球面上增加縫線、凹槽等紋路,就能把突變推遲到更低的球速才發生,讓球飛得更遠、軌跡更好預測。
“高爾夫球為什么有凹坑、棒球為什么有 108 條縫線,道理一樣,”戈夫說,“沒有這些粗糙的特征,這些球被打出去或扔出去的距離會短很多。球面上必須有某種粗糙度,才能把阻力危機推到更低的速度。”
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新的深槽
戈夫團隊的分析顯示,2010 年之后每一代世界杯用球都在想辦法把阻力危機推向更低的速度。比如 2014 年的 Brazuca 只有六塊拼板,但縫線總長度反而更長,增加了表面粗糙度;今年的 Trionda 更進一步,只有四塊拼板,每塊上面還刻了三道深槽。
但粗糙度也有代價。戈夫團隊發現 Trionda 的阻力危機出現在 2010 年以來最低的球速上——這是好事,但它在高速飛行時的阻力系數也比近幾代球都高。也就是說,最劇烈的減速雖然推遲到了很低的速度才發生,但球在高速階段本身就比前幾代減速更快,結果就是遠距離射門的落點可能會短幾米。Adidas 沒有回應置評請求。
好在球員們應該已經適應了。他們至少在幾個月前就拿到了新球。戈夫還提到 Trionda 的設計跟 Nike 的 Flight 球很接近,所以平時用 Nike 球比較多的球員可能還占點便宜。
戈夫一直把團隊的論文發給 FIFA 和 Adidas 的聯系人,希望能提供一些參考。Adidas 過去也給他寄過球,Adidas 對每一款新球都有自己的測試,但不公開結果。《紐約時報》去年報道說 Trionda 的測試周期長達三年半,包括用機器人以特定速度踢球,以及在 16 個比賽城市中的 7 個做實地測試。
但在戈夫看來,足球是“全世界最受歡迎的運動,這是它最重要的賽事,而這場賽事中最重要的一件裝備就是這顆球”。他說著舉起了視頻通話畫面中擺在旁邊的那顆 Trionda。“我覺得他們對外部測試的結果還是感興趣的。”
https://www.technologyreview.com/2026/06/08/1138470/why-this-years-world-cup-ball-may-not-fly-as-far/
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