世界杯的科学:详解南非高海拔如何影响比赛

flying334 收藏 0 185
导读:导读:南非世界杯已经于6月燃起战火,赛场海拔问题一直是关注焦点。本届世界杯是24年来第一次在远远高于海平面的国家举行的世界杯。位于约翰内斯堡的主体育场 “足球城”海拔高度达到1701米。高海拔究竟对世界杯比赛有何影响,科学家在世界杯开始前就已经做了许多研究。以下为英国《新科学家》杂志文章全文:   足球圈有关“高原反应”的论战得追溯到2007年2月在玻利维亚拉开战幕的南美杯。在本届南美杯上,巴西弗拉门戈队遭遇皇家帕托斯队的挑战,两支球队在位于安第斯山脉的体育场展开拼杀,海拔高度达到近4000米。

导读:南非世界杯已经于6月燃起战火,赛场海拔问题一直是关注焦点。本届世界杯是24年来第一次在远远高于海平面的国家举行的世界杯。位于约翰内斯堡的主体育场 “足球城”海拔高度达到1701米。高海拔究竟对世界杯比赛有何影响,科学家在世界杯开始前就已经做了许多研究。以下为英国《新科学家》杂志文章全文:


足球圈有关“高原反应”的论战得追溯到2007年2月在玻利维亚拉开战幕的南美杯。在本届南美杯上,巴西弗拉门戈队遭遇皇家帕托斯队的挑战,两支球队在位于安第斯山脉的体育场展开拼杀,海拔高度达到近4000米。


在这场于大雨中展开的较量中,弗拉门戈队开局不利,先失两球。比赛中,很多巴西球员需要使用氧气瓶缓解高原反应。虽然最后将比分追平为2比2,但弗拉门戈队在赛后表示再也不会在高海拔地区进行比赛。自此之后,足球圈便出现了有关“高原反应”的论战。南非世界杯,又让在高原上踢球的争议如火上浇油。


禁令悬而未决


弗拉门戈队的遭遇引起了巴西足联的重视,他们向国际足联抱怨说位于安第斯山脉的高海拔体育场并不适于举行足球比赛。2007年5月,国际足联本着为球员健康着想的原则作出决定,国际足球比赛不能在海拔高度超过2500米的球场举行。


如果巴西就此认为这一决定意味着一种“胜利”,那就高兴得太早了。玻利维亚厄瓜多尔哥伦比亚随后便向国际足联诉苦,声称这一决定无疑扼杀了他们的体育场承办国际赛事的机会。作为回应,国际足联暂缓了这一“禁令”,他们仍需要进一步研究。


虽然无法与安第斯山脉相提并论,但这一海拔高度也足以让球员出现高原反应。此外,其他6家体育场也同样处于高海拔。


是否影响比赛?


在南美杯引发的海拔争论之后,国际足联于2007年10月邀请医学专家在其位于瑞士苏黎世的总部举行会议,共同商讨球员的高原反应问题以及当时对这一问题的了解程度。与会专家表示有关球员高原反应的严格对照研究少得可怜,他们不得不根据关于赛跑、滑雪和登山等其他项目的研究进行推断。


他们首先关注的问题就是体能。根据他们的计算,500米以下的海拔高度并不会导致高原反应。500米以上便会导致心率加快、呼吸困难、耐力下降等不良反应。所处的高度越高,不良反应就越严重。值得一提的是,个体受影响程度也存在差异,一些人所受影响超过其他人。在2000米这一海拔高度,球员便会感到恶心,需要慢慢适应;3000米以上则会对体能产生重要影响。


高海拔产生的生理影响主要由空气中含氧量较低所致,氧摄入量的减少直接限制了血液中的含氧量。体能降低程度可以通过测量最大摄氧量(VO2max)进行量化。所谓的最大摄氧量是指每公斤体重每分钟的最大摄氧量。有关耐力运动员的研究显示,在300米以上海拔高度,高度每增加1000米,最大摄氧量便降低6%左右,力竭所需时间则缩短14%左右。研究发现刊登在《欧州应用生理学杂志》上。


要花时间适应


将这种体能下降控制在最低程度的标准方式就是利用几天时间进行适应。国际足联建议参赛球队适应3到5天时间,但通过这种方式完全摆脱高海拔影响是永远不可能的。与所在国家处于海平面高度的球员相比,即使常年生活在海拔3600米的玻利维亚球员最大摄氧量也要低12%左右。研究发现刊登在《运动生理学杂志》上。


高海拔导致的不良生理反应会影响世界杯的比赛结果吗?可能不会。本届世界杯没有一家体育场的海拔高度超过2000米,32支参赛球队中绝大多数球队比赛期间都生活在高海拔地区。参赛球队并不会使用高海拔模拟室加以应对。


出席国际足联会议的研究人员指出,有报告称,适应了高海拔的运动员在突然回到海平面高度后出现体能下降现象。这种影响可能让他们在与适应海平面高度的球队比赛时处于劣势。研究发现刊登在《斯堪的纳维亚运动医学与运动科学杂志》上。此外,这也将影响到南非世界杯后半程的比赛,原因在于:两场半决赛都将在处于海平面高度的球场举行,并且对阵双方中一方在高海拔球场赢得四分之一决赛,另一方在海平面高度的球场赢得半决赛机会。


影响足球飞行


高海拔的影响对象不仅仅是球员的身体。国际足联的研究小组指出,高海拔同样可能改变足球的空气动力学特性,让选手犯错误。造成这种现象的主要原因是高海拔地区的空气密度较低,影响足球的飞行速度和旋转球的弧线。海拔高度每升高1000米,气压便降低11%左右,空气密度也随之降低,具体会产生何种程度影响可能更加复杂。值得一提的是,约翰内斯堡的气压大约是开普敦的81%,其他方面则大致相当。


此外,温度也会影响空气密度,每升高10摄氏度,空气密度便下降3%。开普敦寒冷冬夜(7摄氏度)与相对温暖的约翰内斯堡冬季下午(11摄氏度)之间的空气密度差异超过20%。世界杯比赛期间两地的空气密度差异很有可能达成这种程度。


为了了解空气密度对比赛中足球飞行的影响,我们不妨举例说明一下。如果在罚球区外距离球门18米的地方瞄准球门左上角直接起脚射门,高海拔和处于海平面高度的球场将出现两种截然不同的射门结果。在处于海平面高度的球场,足球的平均飞行速度达到每秒22.8米,0.817秒后穿过球门线。


在处在高海拔的球场又会发生什么呢?由于阻力与空气密度成比例,在海拔1700米的球场进行同样射门时足球的飞行速度超过处于海平面高度的球场,在0.801秒后飞抵球门线。同样飞行时间内,后者将落后前者大约2个足球直径距离。由于下降时间更短,最后的结果不是破门得分,而是击中球门横梁。研究发现刊登在英国《机械工程师学会志,C辑:机械工程科学杂志》上。


门将需提高反应速度


也就是说,球员必须适应足球在高海拔球场的飞行状态。为了让足球洞穿球门,他们瞄准的位置与正常情况相比应略低一些,将足球的起飞角度减少大约0.5度。进攻球员是这样,防守球员也是如此。习惯于应付海平面高度足球飞行的门将需要比平时做出更快速的反应,否则的话,就只能眼睁睁看着皮球攻破他们把守的十指关。


现在,我们再来看一看在同一地点起脚射门同时绕过球门前防守球员组成的人墙这种情况。绕过人墙需要借助侧旋,所产生的马格纳斯力能够让皮球划出一道弧线。在处于海平面高度的球场,足球以每秒20米的速度飞行,绕过人墙右端而后转向,最后在1.114秒后钻进球门左上角。


但在约翰内斯堡球场进行同样的射门,足球可能只会从横梁上方飞过或者击中人墙,因为较低的空气密度减少了阻力和旋转效应。通过一段时间的适应,球员将逐渐领悟到,击球点稍低一些会让足球产生更强的旋转,最终绕过人墙并破门得分。与在处于海平面高度的球场进行的同一射门相比,高海拔射门时足球穿过球门线的时间提前0.03秒,前者落后于后者2个足球直径距离。如果门将的反应速度仍和在海平面高度球场一样,在还没有扑到球前,球就已经进了。


以上所有对比都还是理论上的。是否有证据证明海拔高度确实能够影响比赛结果呢?为了找到这个问题的答案,牛津大学的工程师帕特里克·麦克沙里对1900年至2004年在南美举行的1460场国际比赛进行了分析。结果发现,不仅海拔高度本身影响比赛,高度变化同样会产生影响。麦克沙里在参考技术差异这个因素之后发现,本土作战的球队在对阵来自地处海平面高度的国家的球队时获胜的可能性更高。同样地,地处高海拔的球队到处于海平面高度球场比赛时,获胜的可能性将更低。研究发现刊登在《斯堪的纳维亚运动医学与运动科学杂志》上。


制定合理战术


鉴于高海拔对球员生理和足球空气动力学的影响,参赛球队自然要调整战术以确保获得更高的胜利机会。战术在比赛中扮演着重要角色,球队需要调整战术以弥补“变形”的足球飞行。为了验证这一假设,研究人员对在墨西哥举行的8场比赛的数据进行了分析,这些比赛的海拔高度与2010年南非世界杯具有可比性,其中包括4场在墨西哥城阿兹特克体育场举行的比赛,球场海拔高度为2288米。


根据这些由英国足球性能分析机构Prozone提供的数据,在高海拔球场举行的比赛中,罚球区外的射门次数更多,而罚球区内的射门次数则减少。也就是说,在高海拔球场比赛时,球员可能更多地选择远距离射门,进而获得更直更快的飞行路线这种优势。


同样,参加南非世界杯的球队也必须制定更适于比赛环境的战术。我们不妨想象一下,在约翰内斯堡球场距离球门18米的地方开直接任意球应该做出何种选择?在防守一方排出一道四人人墙时,攻方队长与他的两位主要任意球操刀球员商量战术。如果其中一人擅长力量强大的直线球,而另一人擅长绕过人墙的香蕉球,最后将由谁主罚任意球呢?根据物理学原理,答案是“选择后者”。如果守门员尚没有完全适应足球在高海拔球场的飞行,香蕉球拥有更大的时间优势。唯一的问题是罚球队员需要极为精准,因为在高海拔球场采用香蕉球战术允许的误差更小。


海拔高度上一次影响比赛是在1986年的墨西哥世界杯上。值得注意的是,最后捧起大力神杯的阿根廷队所有比赛都在海拔高度超过2000米的球场进行,而其他所有主要夺冠热门则在海拔高度差异较大的球场征战。阿根廷人因此获得某种优势吗?即使确有优势存在,参加本届世界杯的任何球队也不会拥有这种优势。不管哪支球队最终捧杯,比赛期间都要变换球场,从高海拔球场转战处于海平面高度的球场,而后再返回高海拔球场。


赢得世界杯的关键是学会改变、适应环境和制定合理战术。球员需要适应海拔高度变化,尤其要适应海拔高度对足球飞行的影响。球队需要将高海拔转化为自身优势,或者说适应球场海拔变化的球队将成为优势一方。能够拥有这种优势并善加利用的球队将更有可能在南非世界杯上笑到最后。

0
回复主贴
聚焦 国际 历史 社会 军事

猜你感兴趣

更多 >>
0条评论
点击加载更多

发表评论

更多精彩内容

热门话题

更多
广告 大型核武军事模拟 坦克 装甲 战机 航母
发帖 向上 向下
广告 关闭