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世界杯 | 消灭“越位”争议 它们的眼睛就是尺******

　　世界杯记录着年轻人的成长

　　也见证着赛场科技的革新

　　巴西世界杯引进门线技术

　　俄罗斯世界杯采用视频助理裁判（VAR）

　　半自动越位识别技术（SAOT）

　　也在2022卡塔尔世界杯上首次亮相

　　图源：新华社——VAR工作间

　　今天就让我们一起来了解

　　世界杯里的“黑科技”

　　看看在本届世界杯中

　　它们又会有怎样的应用呢？

　　从没有裁判到科技协助裁判

　　回望百余年前，最初的足球规则甚至都没有引入裁判这个概念。

　　起初，球场上出现的争议由双方队长商议解决，不过，随之而来的抱怨和混乱让队长们力不从心。于是，裁判的角色应运而生，他口中的哨子甚至要比裁判本身更早进入到足球规则里。在随后的日子里，两名助理裁判（或称之为边裁）加入比赛，辅助主裁判对比赛做出判罚。

　　图源：网络——国际足球协会理事会（IFAB）编纂的《竞赛规则》

　　电视转播的出现，让观众能够更加清晰地观察到赛场上的细节，也促使裁判的辅助工具实现“进化”。英超是最先提出使用门线技术的主流联赛，不过他们的动议起初却遭到了国际足球协会理事会（IFAB）拒绝。

　　门线技术（Goal-line technology）可以判断球是否越过了球门线，从而判断是否进球有效，该系统是基于嵌进球中的一个芯片，当球穿过布于球门区域的传感器时，芯片可向主裁判所佩戴的智能腕表发送信号。

　　2010年南非世界杯中的一场比赛，成为这一技术得以使用的重要转折点。在英格兰对阵德国的八分之一决赛中，三狮军团中场兰帕德一脚精彩的射门已明显越过门线，但却被裁判吹罚无效。最终，英格兰以1:4惨遭淘汰。

　　兰帕德的“门线冤案”，促使门线技术投入到使用中

　　这粒被吹出的入球不仅促使门线技术被正式采用，也极大地扭转了足球规则的制定者们对于使用高科技手段的态度。

　　后来，随着科技的发展，VAR技术在所有大型比赛和50多个国家（地区）的联赛等比赛中都得到了广泛的使用。

　　VAR是英文Video Assistant Referee的缩写，也被称作“视频助理裁判”，由现役裁判员担任，他的职责是通过回放视频向裁判员提供信息，协助裁判员纠正改变比赛走势清晰明显的错漏判，提高判罚的准确性。

　　VAR主要依靠遍布足球场上的多个摄像机镜头，多机位，多角度捕捉场上球员的每一个细小动作，从而做到“火眼金睛”。当场上出现争议判罚或主裁判需要调取比赛录像时，由技术人员操作，调出相对应的回放节点，以得到更加公正的比赛判罚。

　　技术创新的最新成果

　　虽然VAR也可以辅助裁判进行越位识别，但有时碍于镜头角度以及划线位置，在一些体毛级越位的判定上，VAR仍有其局限性。

　　图源：网络 半自动越位识别技术工作原理

　　半自动越位识别技术（SAOT）可以理解为VAR的延伸，每座球场顶部将设置12台特制摄像机，对场上的足球和球员进行追踪，以每秒50次的频率发送数据，能够精准确定每名球员的位置。特制摄像机和球内传感器收集的数据信息将由人工智能系统进行分析，只需几秒钟就能对越位情况作出判断。

　　图源：网络 半自动越位识别技术示意图

　　主裁判判罚完成后，SAOT会生成3D动画图像，在场内大屏幕以及电视上播放，以更直观地展示球员越位的具体位置，让判罚更加清晰、有说服力。

　　2021年阿拉伯杯及2021年世俱杯等赛事中的测试中，半自动越位识别技术取得了不错的效果。有统计数据显示，在该技术支持下，视频助理裁判检查越位的平均时长从70秒以上降至25秒。

　　图源：网络 2022卡塔尔世界杯官方海报

　　从起初的哨音

　　到如今先进的

　　半自动越位识别技术

　　裁判员的“工具箱”不断升级

　　历经一百多年的发展历程

　　足球运动能够始终

　　作为全世界开展最广泛

　　最受欢迎的运动之一

　　不断创新是它最主要的动力之源

　　资料来源：人民网、人民日报体育、环球杂志、澎湃新闻

　　整理：董小娴 蔡琳

盘点不同球类运动，谁是“球中之王”？******

　　近日，在世界杯比赛中

　　葡萄牙队3比2险胜加纳队

　　下半场，C罗通过点球

　　帮助葡萄牙队取得领先

　　图源：FIFA

　　被判点球后C罗亲吻足球

　　他闭上双眼，深呼吸

　　然后助跑、果断起脚

　　皮球势大力沉直窜对方球门

　　图源：新华社

　　C罗也成为历史首位

　　连续五届世界杯取得进球的球员

　　大家观看比赛时有没有想过

　　在如此多的球类运动中

　　足球的球速是最快吗？

　　哪种球飞得最远？

　　球速之“王”竟然是它？

　　所有球类运动无非是用手、脚、球棒或球拍击打球，球的尺寸、形状和重量差异使得它们具有不同的速度以及运动轨迹。

　　那么问题来了，在这些球类运动中，速度最快的是哪种球？是令人热血沸腾的足球，是挥汗如雨的网球，还是快得看不清轨迹的乒乓球？

　　图源：摄图网

　　答案其实是外形最不像球的羽毛球。

　　目前吉尼斯官方认可的最快的羽毛球记录来自丹麦选手科丁，2017年1月10日，在印度羽毛球超级联赛上，科丁在正式比赛中杀出一记速度高达426 公里/小时（约118 m/s）的杀球。这意味着什么？这个记录中羽毛球的最高速度，比“复兴号”动车组列车最高运行时速（400公里/小时）还要快。

　　图源：Physics of ball sports各种球类运动的最高运动速度

　　羽毛球为什么能飞得那么快？原因其实并不复杂，主要是因为羽毛球比较轻（重量只有5克），并且球拍足够长（不超过680mm）。

　　图源：Annu. Rev. Fluid Mech 各种球的尺寸、重量及速度等基本参数

　　球体在空中的运动往往只受到空气阻力和重力的作用，它的速度一般只会逐渐减小（篮球等例外）。想要获得最快的运动速度，球体需要在离开运动员接触的瞬间获得最大的加速度。相对于网球、足球和其它球体，羽毛球非常轻，因此同等大小的力在它身上则会产生更大的加速度。

　　图源：Physics of ball sports 高尔夫球和羽毛球的挥拍动作

　　最能“飞”的球——高尔夫球

　　高尔夫球是飞得最远的球，单次击球可以移动200米以上，标准高尔夫球场，一般布置18个球洞，总长度要控制在6002～6400米，球场面积50～75公顷（1公顷=10000平方米），实际大小要根据球场的地形来确定。

　　不仅如此，高尔夫还走出了地球，成为了首个星际间的球类运动项目。1971年2月6日，执行阿波罗14号任务的宇航员艾伦·谢帕德（Alan Shepard）挥动球杆在月球上打起了高尔夫球，从而使他成为有史以来第一位，也是目前唯一一位在月亮上打过高尔夫球的人。

　　图源：NASA 正在月球打高尔夫球的宇航员艾伦

　　高尔夫球有一个让人大跌眼镜的现象：越是光滑的高尔夫球，越是飞不远。

　　我们都认为，球形是最完美的形体，表面越是光滑，则在飞行的过程中，球面与大气的摩擦就越少，同等用力的情况下，理应飞得越远。但是，高尔夫球不是这样。

　　图源：《高尔夫50年》高尔夫球的变迁

　　毛根海教授所著《奇妙的流体运动科学》一书中，有这么一个数据：同等条件下，布满小酒窝的高尔夫球，它在飞行中所受到的阻力只有光滑球的一半，而飞行距离是光滑球的5倍。物体在流体中运动时，前后压力差所带来的阻力就叫做“形状阻力”。现代核潜艇使用“水滴型”外形就是为了减少形状阻力。

　　图源：科普中国

　　如上图，顶部的垂直竖版，其形体阻力最大，原因是其后方的“低压区”面积最大，第二个球体的低压区有所减少，直至底部的水滴型，其形状阻力最小。通过流体力学实验，人们发现，光滑的与布满小酒窝的球相比，后者产生的低压区面积更少。球上的无数小酒窝，它可以起到让空气紧贴球面的作用，这使得平滑的气流能顺着球体表面延伸到更靠后的位置时才产生分离。

　　图片来自航空航天工程师Jeffrey A. Scott

　　最受欢迎的球类运动——足球

　　无论是从影响力、参与人数还是赛事热度来看，足球都是当之无愧的世界第一运动。不过今天既然讲到球速和形体阻力的问题，那么我们也一起来看看足球缝线对足球轨迹的影响。

　　图源：百度百科

　　普天同庆足球是2010年南非世界杯决赛阶段设计的新款足球，也是最近几届世界杯中，最饱受批评的一个足球。在它还刚刚面世时，生产厂家就宣传说：这个球只用了8块表皮就将足球拼接完成，完美地包住了内胆，这是史上最圆的足球。

　　然而，这颗球却是守门员的“噩梦”。空气动力学家梅塔博士提出，“粗糙度的大小，决定了出现‘蝴蝶球效应’的最佳临界速度是多少。”

　　蝴蝶球轨迹蝴蝶球指的是球在空中飞行时几乎没有旋转，从而导致它的飞行轨迹不可预测，守门员很难判断。蝴蝶球的原理是球表面上有缝线，在飞行过程中，气流经过缝线时，会产生更多湍流，由于左右不对称，湍流增加了球侧面的偏转力。尾流左右摇摆，飞行飘忽不定，如飞舞蝴蝶。

　　图源：中国科普博览常规足球通常将32块球面通过缝线拼合而成，缝线的总长度以及缝线的深度决定了足球的光滑度，缝线越多越粗糙。常规足球一般在48公里每小时球速时才会产生最大化的“蝴蝶球效应”。

　　而普天同庆足球，由于其总缝线长度很短，导致其成为当时最光滑的足球，经过空气动力学试验，人们发现，在80～88公里每小时球速时，普天同庆才会产生最大化的蝴蝶球效应，而80公里左右时速恰恰是射门，以及任意球的典型球速。

　　END

　　资料来源：央视科教、科普中国、中国科普博览、知乎

　　整理：董小娴

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）