（物理，劍橋）

對于癡迷網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的人來說，這個(gè)世界沒有什么比親臨紅土網(wǎng)球場看拉法·納達(dá)爾（Rafa Nadal）打出漂亮的一擊更能讓人如癡如醉的了。只見網(wǎng)球高高飛起，越過球網(wǎng)，落下時(shí)目測即將出界，觀眾席上已經(jīng)有人發(fā)出嘆息聲。但是別急，納達(dá)爾手里就像握著一根看不見的線一樣，線的另一端連著飛出去的網(wǎng)球，要不就是他擁有操縱無形力場的神秘力量，因?yàn)轱w到半空的網(wǎng)球突然之間急速下墜，剛好砸在底線上。界內(nèi)球！且慢，這還不算完，只見網(wǎng)球旋轉(zhuǎn)著砸在紅土球場上，激起一陣塵土，然后又突然加速，導(dǎo)致對手誤判擊球時(shí)間，將球直接打飛到空中，成為納達(dá)爾著名的上旋球下又一個(gè)犧牲品。網(wǎng)球界沒有誰能在紅土網(wǎng)球場上打出像納達(dá)爾那樣漂亮的上旋球！

羅杰·費(fèi)德勒（Roger Federer）堪稱史上最偉大的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員之一，他打出的正手觸地球每分鐘旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)2，700轉(zhuǎn)，使觀眾和對手全都瞠目結(jié)舌。不過在納達(dá)爾面前，即使是費(fèi)德勒也還是難以望其項(xiàng)背，因?yàn)榍罢叽虺龅男D(zhuǎn)球每分鐘轉(zhuǎn)速可高達(dá)5，000次。

當(dāng)然，網(wǎng)球并不是什么時(shí)候都會(huì)旋轉(zhuǎn)的，有時(shí)會(huì)從球拍上筆直地彈開，沿直線飛行，越過球網(wǎng)，然后遵循牛頓的萬有引力定律落回地面。當(dāng)重力加速度超過球手擊球所產(chǎn)生的加速度，網(wǎng)球就會(huì)沿拋物線向下運(yùn)動(dòng)，落到地面以后會(huì)彈向遠(yuǎn)方，彈出的角度與落地角度方向相反但角度大小幾乎完全相同。

實(shí)際上，上述這種情況在網(wǎng)球場上非常罕見，只有當(dāng)網(wǎng)球手垂直擊球的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)，換言之，當(dāng)球拍揮出的方向與來球方向剛好相反，且來球方向垂直于球拍的擊球面才會(huì)出現(xiàn)。如果網(wǎng)球手的擊球方向與網(wǎng)球的飛行方向夾角不是180度，則球拍接觸網(wǎng)球的角度就不會(huì)是直角，那么接下來發(fā)生的一切就會(huì)完全不同。

這種情況下，球拍在接觸來球的瞬間會(huì)拖動(dòng)網(wǎng)球，球與球拍之間產(chǎn)生的摩擦力會(huì)讓網(wǎng)球接觸球拍的時(shí)候發(fā)生滾動(dòng)。因此，當(dāng)球被彈開的時(shí)候就會(huì)繼續(xù)滾動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。球拍切球的角度越平、切球速度越快，只要球拍擊球的主要力度是向前的，則網(wǎng)球旋轉(zhuǎn)的速度也就相應(yīng)越快。為了讓網(wǎng)球的轉(zhuǎn)速達(dá)到最高水平，球手不僅需要用球拍高速抽打網(wǎng)球使其旋轉(zhuǎn)，還必須向前擊球保證其能飛過球網(wǎng)。

如果球拍擊中網(wǎng)球的頂部，則該球的頂部會(huì)向前旋轉(zhuǎn)，而球的底部則會(huì)向后旋轉(zhuǎn)，整個(gè)網(wǎng)球離開球拍后就會(huì)旋轉(zhuǎn)著飛向?qū)κ?，這就是上旋球。打出這種上旋球需要運(yùn)動(dòng)員付出極大的體力，因?yàn)榫W(wǎng)球觸地彈起以后一般都是旋轉(zhuǎn)著飛向擊球者，所以需要很大力量擊球才能扭轉(zhuǎn)球的旋轉(zhuǎn)方向。

如果球拍從網(wǎng)球的下方切球，則球的頂端會(huì)向后旋轉(zhuǎn)，底端向前旋轉(zhuǎn)，整個(gè)網(wǎng)球離開球拍的時(shí)候是向后旋轉(zhuǎn)著飛向?qū)κ值模@就是下旋球，也叫反旋球。打出這種球不需要付出很大的體力，因?yàn)閾羟蛘咧恍枳屒虮３衷瓉淼男D(zhuǎn)方向即可。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)球被球拍擊出去的時(shí)候，它會(huì)與空氣產(chǎn)生互動(dòng)。網(wǎng)球的表面毛絨絨的，十分粗糙，與空氣接觸產(chǎn)生摩擦力，然后會(huì)在其旋轉(zhuǎn)的時(shí)候拖出一層很薄的空氣包圍住網(wǎng)球。因此，對于上旋球來說，球前方的空氣會(huì)被拖動(dòng)向后向下運(yùn)動(dòng)，而球后方空氣的運(yùn)動(dòng)方向則剛好相反，于是球頂端的后面就會(huì)產(chǎn)生湍流。當(dāng)球前進(jìn)的動(dòng)力逐漸減少，網(wǎng)球開始下降的時(shí)候，阻力和湍流反而會(huì)隨之變得越來越有力，能夠使球突然下墜，其效果遠(yuǎn)勝只有引力作用于球的情況。

牛頓早在1672年觀看劍橋同學(xué)打網(wǎng)球的時(shí)候就注意到了這一現(xiàn)象，不過當(dāng)時(shí)人們稱之為“馬格納斯效應(yīng)”，因?yàn)榈聡锢韺W(xué)家古斯塔夫·馬格納斯（Gustav Magnus）在19世紀(jì)50年代曾經(jīng)專門研究過它。我們在很多球類運(yùn)動(dòng)中都能發(fā)現(xiàn)這種馬格納斯效應(yīng)。板球投手會(huì)用旋轉(zhuǎn)球來迷惑對方的擊球手，因?yàn)榍罢咄冻龅那蜷_始下降的時(shí)間會(huì)早于后者的估計(jì)。棒球投手會(huì)利用這一效應(yīng)投出曲線球。鑒于這種投球?qū)諝鈼l件十分敏感，空氣中濕度較大的時(shí)候效果最為顯著。如果擊球手處于下風(fēng)頭，馬格納斯效應(yīng)還能進(jìn)一步增強(qiáng)。

想要接好旋轉(zhuǎn)球，只關(guān)注球在空中詭異的運(yùn)動(dòng)軌跡是不夠的。當(dāng)球落地的時(shí)候，其本身的旋轉(zhuǎn)會(huì)讓它觸地彈出的角度變得十分刁鉆和出人意料。上旋球落地的時(shí)候，球本身的旋轉(zhuǎn)加上其自然的滾動(dòng)趨勢會(huì)讓它在彈起時(shí)突然加速。下旋球的效果則剛好相反，觸地反彈至空中以后幾乎完全靜止不動(dòng)。紅土球場所產(chǎn)生的額外摩擦力會(huì)進(jìn)一步加劇這一效應(yīng)，而濕滑的草地球場則會(huì)將該效應(yīng)的影響降至最低。

費(fèi)德勒在競技狀況良好的情況下堪稱網(wǎng)球史上最為優(yōu)秀的擊球手之一，擊球既快且準(zhǔn)。但他也更喜歡與號(hào)稱“旋轉(zhuǎn)球之王”的納達(dá)爾在草地網(wǎng)球場上一較高下，因?yàn)橄胍诩t土球場上打敗后者是件十分困難的事情。擅長打旋轉(zhuǎn)球的納達(dá)爾號(hào)稱“紅土之王”，他絕對當(dāng)?shù)闷疬@一稱號(hào)，截至目前，他已經(jīng)贏了八次法網(wǎng)冠軍。