足球是圆的|“π日”漫谈:未来,你的体育可能是数学老师教的

新华社电(采访人员 王浩明)3月14日 , 是一年一度的“π日” 。 为了纪念这个世界上最著名的常数 , 2019年底 , 联合国教科文组织将3月14日确定为国际数学日 。
3.1415926……从刘徽到祖冲之 , 从阿基米德到斐波那契 , 从算筹到超级计算机 , π延伸的道路从未停歇 , 目前 , 圆周率已经算到了小数点后超过30万亿位 , 它见证着人类对外界的一步步的探寻 , 从山洞走向星辰大海 , 向未知求索 。
同样 , π也见证着人类对身体的一次次超越 , 向自我突破——而这正是体育之于人类的内涵所在 。
【足球是圆的|“π日”漫谈:未来,你的体育可能是数学老师教的】事实上 , π与体育 , 数学与体育之间的联系 , 可能超乎很多人的想象 。
很多人在脑海中的第一反应可能是——“足球是圆的” 。
问题来了 , 一个标准足球究竟多大?国际足联的标准是 , 周长68-70厘米之间 , 除以π , 其直径大约在21.6-22.3厘米之间 。 为什么要设定2厘米的一个误差区间?因为足球外面由皮革拼贴缝制而成 , 其表面并非纯粹的球面 , 因此从不同位置测量其周长可能会出现数值不同的情况 。
事实上 , 球直径上的细微差别 , 通过π这个放大器 , 就足以造成其空气动力学特性的变化 , 成为前锋或者守门员的噩梦 。 而这毫厘之间的微妙 , 也正是足球不确定性魅力的缩影 。
因此 , 每隔四年的世界杯用球出炉之际 , 就是足球科技的“巅峰时刻” 。 比如最近两次的俄罗斯世界杯和巴西世界杯 , 进球总数分别达到169和171个 , 分别是世界杯历史总进球数的第三位和并列第一位 , 制造工艺的进步功不可没 。
说完大球 , 谈谈小球——此前很长一段时间 , 乒乓球的标准直径是38毫米 , 但从2000年底开始 , 乒乓球国际比赛用球的直径由38毫米修改为40毫米 。 直径增加2毫米 , 周长增加6.28毫米 , 重量增加了约0.7克 , 让这项运动的方方面面发生了巨变——球速变慢 , 旋转变弱 , 回合数增加……
当时的一种观点是 , 对于擅长速度和旋转、而力量并不占优的中国选手来说 , 这种变化是一个巨大的挑战 。 但善于钻研的国球将士们 , 迅速摸清了大球的规律 , 中国乒坛霸主的地位进一步巩固 。
体育之母田径也与π形影不离 。
我们都知道 , 一个标准田径跑道 , 包括两个直道以及两个半圆构成的弯道 , 但你知道半圆的半径是多少吗?
其实 , 不同的弯道半径 , 哪怕相差不多 , 都会造成跑道的参数发生变化 。 例如 , 半径增加1米 , 其弯道会增加约6.28米 , 直道会相应缩短 , 这对于擅长弯道跑的选手显然是利好 。
因此 , 在国际田联的标准手册中 , 标准跑道的半径为36.500米 , 精确到小数点后第三位 , 以尽力保证公平 。
当然 , 这样的精度要求也给跑道施工方带来了不小的挑战 , 因此 , 如果没有“两把刷子” , 显然无法承办奥运会、田径世锦赛这样的大型赛事 。
以上的这些例子 , 仅仅是π在体育世界留下的雪泥鸿爪 。 其实 , 作为自然科学皇冠上的明珠 , 数学在各行各业的应用愈发耀眼 , 体育亦无法例外 。 如今 , 从体育竞技 , 到体育经济 , 数学和数据科学的应用已经无处不在——它可以决定冠军归属 , 也可以指导大众科学健身 , 可以赋能产业发展……
过去人们总会调侃“你的数学是体育老师教的” , 而在未来 , 你的体育 , 却真的有可能是数学老师教的 。

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