5．帶著氣流旋轉 弧線球

運動的機翼靠抬頭獲得迎角后產生升力。抬頭是相對的，若讓空氣氣流低頭，效果應該是一樣。物體旋轉能帶動氣流旋轉，等價地產生氣流低頭或抬頭效應，產生類似于升力的力。由于這個力不一定用于讓飛機升起來，但與飛行方向垂直，因此廣義地稱為側向力。于是不難理解，足球、籃球和乒乓球如果旋轉，就會被側向力驅動它們走弧線。

側向力的產生 馬格勞斯效應（圖1.15）

物體如果一邊穿梭一邊旋轉，在推擠空氣時也把空氣帶著旋轉起來。向前轉的一側（稱為前轉面）與向后轉的一側（后轉面）,撞擊空氣的速度從而力度不一樣。力度大的那一側會受到空氣更大的氣壓作用，于是就產生了從前轉面指向后轉面的力。這個力與運動方向垂直，因此稱為側向力。這種效應是馬格勞斯發現的，因此稱為馬格勞斯效應。產生的側向力稱為馬格勞斯力。

說得更細致點，在前進一側，旋轉導致的物體表面線速度與飛行速度具有相同方向，帶動空氣以更快速度撞擊前方空氣，形成更高的正壓。在后撤一側，旋轉導致的物體線速度與飛行速度方向相反，帶動的空氣速度低，撞擊前方空氣的力度小，因此正壓低一些甚至形成負壓。合起來就形成了前進側指向后撤側方向的力。顯然，旋轉速度越快，前進一側與后撤一側的速度差就越大。因此，產生的側向力與旋轉角速度成正比。這是一種理解方式。如果你借用前面對迎角的升力效應的理解，也可以認為物體旋轉時相當于迫使前方的氣流低頭或者抬頭（是逆時針轉還是順時針轉），這與物體抬頭或者低頭產生的效應當然類似。

由于側向力與運動方向垂直，因此會迫使旋轉的物體走弧線。

球類運動中的應用 弧線球與電梯球（圖1.16）

20世紀50年代，日本乒乓球運動員利用馬格勞斯效應發明了弧線球發球技術，發球時讓球旋轉，球就走弧線，以此壓低或改變線路，同時讓對手去接旋轉著的乒乓球，增加接球難度。高爾夫球如果旋轉也會偏離它的行進方向，使落點遠離洞口（馬格勞斯效應導致所謂的Slice球或Hook球）。棒球和板球運動員也會投出各種弧線球，給對方擊球手制造麻煩。于是，在球類競技體育中，馬格勞斯效應隨處可見。

以乒乓球為例（過去直徑為38毫米，質量為2.5克，后來改為40毫米和2.7克），如果用球拍搓乒乓球下表面使其產生下旋（即靠近身體的部位向下旋轉），那么前飛的乒乓球就產生向上的側向力，如同升力。這時乒乓球就會飄得更高。如果搓乒乓球的上表面產生上旋，那么就產生指向下方的側向力，乒乓球會繞著低矮的弧線貼著球臺走。

在足球運動中，高水平的職業球員利用馬格勞斯效應，在罰點球或者任意球時通過讓足球旋轉，踢出漂亮的弧線球。如果右腳踢球使球的近腳一側朝左旋轉，那么產生的側向力就指向右邊，球會向右走弧線。當然，也可以讓足球上旋、下旋和右旋，不難想像足球會分別走低矮弧線、騰高弧線和左側弧線。發定位球時，要想繞過人墻入網，恐怕最好的辦法是依靠讓足球旋轉起來的馬格勞斯效應了。對于直徑為22厘米和質量為0.430千克的足球（不同時代的足球大小和質量有區別），若從距球門25米處罰踢任意球，且以每秒25米的速度踢出，同時讓足球每秒轉10圈，則由馬格勞斯效應產生的側向力可以估算為4牛頓左右，足以讓足球在入門前橫移4.5米左右的距離，此時，守門員撲球難度增大。

神秘的電梯球，在接近球網時，突然下掉，讓守門員猝不及防。這可能是向下的馬格勞斯力突然增大了或者向上的馬格勞斯力突然變小了或者反向了。因為馬格勞斯效應也與飛行速度有關。速度大的時候氣流可能被磕出湍流，和高爾夫球靠凹槽磕出湍流是類似的，于是足球背風面不容易產生拐彎渦。此時阻力小，足球只會慢慢減速。但足球速度低到一定程度后，磕不出湍流了，拐彎渦趁機冒出，用阻力強拽足球，讓其速度迅速下降。此時，與速度成正比的馬格勞斯力突然變小。如果足球的旋轉事先使馬格勞斯力朝上，速度突然變小不使足球突然下掉才怪。

驅動航行的馬格勞斯力

1924年，德國航空工程師安頓·弗萊特納在船上樹立一根可以旋轉的圓柱，風吹圓柱時，因馬格勞斯效應產生了垂直于風向的側向力，可以牽引船的航行。這就是一種基于馬格勞斯效應的風力推進船。

20世紀30年代初期，美國人嘗試過用旋轉的圓筒替代常規機翼來產生升力。1978年加拿大人凡·杜森用高強度的彈性材料卡芙拉制作一個大浮力球，用一根水平軸穿過球體的兩極，水平軸的兩端分別裝有發動機，巡航飛行時帶動球體旋轉，產生的馬格勞斯力作為升力。后來，有人成立了馬格勞斯宇航公司，專門研制和生產基于馬格勞斯效應的乘人飛行器。