足球运动员像液体中的混沌粒子一样在球场周围移动

 作者:赫连酞     |      日期:2017-10-01 02:18:08
Joe Toth / BPI / REX / Shutterstock作者Leah Crane如果您最近观看过任何一场英格兰足球比赛,这个消息可能不会给您带来惊喜足球运动员似乎穿过球场的方式与粒子在混乱的流体流中移动的方式大致相同在流体动力学中,湍流是旋流流体,具有更快或更慢的区域以及更高或更低的压力当你将牛奶倒入茶中时,一股牛奶卷曲和扭曲,这种混乱的行为就是湍流法国里昂中央火车站的Wouter Bos和他的同事们现在通过挑选一个点跟踪湍流流体的运动,然后随着流体的流动将其抛出 “你可以及时跟踪其螺旋状的湍流轨迹,并评估平均时间尺度方向的变化,”博斯说该团队计算了颗粒随着时间的推移如何在两个维度上扭曲和转动在很短的时间内,无论颗粒的周围环境如何,它们都可以在一条直线上平稳地行进它们的移动距离不足以使方向发生变化而无法检测到给它们一点时间,方向的平均变化变为90度 - 正如人们所预料的那样,因为它是所有可能方向从0到180度变化的中间 - 并且它由流体缺乏均匀性决定但是,当绘制线条并定义区域的边缘时,系统的几何体将接管将流体限制在像足球场这样的矩形空间中很长一段时间,并且平均颗粒改变方向120度的角度为了确认这些影响是由于矩形边界而不是流动本身,研究人员将他们的理论流体粒子与德国纽伦堡体育场足球比赛中球员传感器的数据进行了比较足球比赛也被限制在一个二维盒子,但球员的初始位置和运动(教练希望)不是随机的,所以任何相似之处都是纯粹的几何尽管如此,这种相似性是惊人的在很短的时间尺度上,来自足球运动员的数据并不可靠:任何时候他们在比跑步更多的时候,比如在任意球或罚球时,几乎不可能确定他们的轨迹然而,在很长的时间尺度上,轨迹相匹配玩家改变方向的平均角度,如湍流中的粒子,是120度 “我们预计会有一些相似之处,但合适程度远远超过预期,”博斯说你可能会认为球员会在每个方向上均匀移动,平均为90度,但是当他们在球场的较长边上下移动时,他们似乎打开了这个角度换句话说,被限制在一个矩形比系统的不同性质更重要,甚至更重要的是一个包含随机粒子,另一个包含战略性地放置了人类自己的思想 “动荡是所有工业应用中的一个主要问题,”博斯说 “几乎在任何地方,某些东西在空气中或水中移动,你都会因湍流而浪费能量”Bos希望这些类比将有助于我们洞察湍流系统的许多方面仍然无法理解意大利都灵大学的Filippo De Lillo表示,他可能会在更复杂的系统中获得更好的运气,这些系统不受其边界的支配 “湍流的大多数非平凡动力特征,我们仍然缺乏令人满意的理论,实际上包含在那些中间尺度中,而这些尺度并没有反映在我们在体育场周日所见证的情况下,”他说期刊参考:物理评论流体,DOI:10.1103 / PhysRevFluids.2.064604有关这些主题的更多信息: