Die alle vier Jahre stattfindenden Olympischen Spiele sind gerade zu Ende gegangen. Rückblickend auf diese Olympischen Spiele haben vor der Eröffnung die Vorbereitung und Förderung der Olympischen Spiele die Aufmerksamkeit aller Beteiligten auf sich gezogen. Während sich der Vorhang der Olympischen Spiele offiziell öffnet, bescheren uns Sportler aus aller Welt auch im Stadion ein einzigartiges Sportereignis.
Allerdings mögen alle Olympischen Spiele anders sein, aber die Grundregel, die alle Sportarten regelt, bleibt dieselbe, und das ist die Physik. Tatsächlich sind viele Physiker auch Sportfanatiker. Werfen wir einen Blick auf ihre Lieblingssportarten und die damit verbundenen physikalischen Prinzipien.
Als der Physiker den Nobelpreis gewann, lautete der Titel einer Medienmitteilung: Fußballspieler Niels Bohr wird mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.
Als Bohr geboren wurde, war moderner Fußball in Dänemark noch etwas Neues, aber sein Vater führte den Sport in der Gegend ein und baute jedes Mal ein Fußballstadion Auf Reisen nahm er seine beiden Söhne Bohr und Harnard mit. Dies führte dazu, dass Bohr seit seiner Kindheit Fußball liebte und schon in jungen Jahren an professionellen Fußballspielen teilnahm. Er diente als Torwart für AB Kopenhagen, eines der berühmtesten Teams Dänemarks im frühen 20. Jahrhundert. Sein jüngerer Bruder Harnard, der später Mathematiker wurde, nahm sogar als Mitglied der dänischen Fußballnationalmannschaft an den Olympischen Spielen 1908 teil und gewann schließlich eine Silbermedaille.
Am Ende fand Bohr das Lösen von Problemen interessanter als das Torwartspiel und entschied sich für ein Studium an der Universität Kopenhagen, wo er jedoch auch als Torwart fungierte Fußballmannschaft während der Schule. Als er sich auf professionelle Forschung konzentrierte, entdeckte er, dass Fußbälle und Elektronen völlig unterschiedlichen Bewegungsgesetzen folgen, sodass die Größe einen Einfluss gehabt haben muss. Die von Bohr entwickelte Quantenmechanik hilft uns, die wunderbaren Phänomene der mikroskopischen Welt zu verstehen, während die klassische Physik die Bewegung des von Bohr geliebten makroskopischen Objekts, des Fußballs, erklären kann. Allerdings scheint die Fußballbewegung auf Makroebene nicht so einfach vorherzusagen. Im Jahr 1997 schockierte der brasilianische Fußballstar Roberto Carlos die Welt, als sein Freistoß über eine unglaubliche Route ins Tor flog.
Nach Newtons erstem Bewegungsgesetz muss jedes Objekt eine gleichmäßige lineare Bewegung beibehalten oder ruhen, bis eine äußere Kraft es dazu zwingt Wechsel in den Bewegungszustand. Wenn ein Spieler den Ball kickt, gibt das dem Ball Richtung und Geschwindigkeit vor, aber welche Kraft bewirkt, dass sich der Ball dreht? Der Schlüssel zum Bananenball ist der „Spin“. Der Unterschied in der Luftströmungsgeschwindigkeit auf beiden Seiten des Balls verändert seine Bewegungsbahn. Der Ball bewegt sich durch die Luft und der entgegenkommende Luftstrom umströmt den Ball. Der durch die Drehung gegen den Uhrzeigersinn auf der linken Seite erzeugte Luftstrom überlagert den entgegenkommenden Luftstrom, sodass die Luftstromgeschwindigkeit schneller wird. Der durch die Drehung im Uhrzeigersinn auf der rechten Seite erzeugte Luftstrom gleicht einen Teil des entgegenkommenden Luftstroms aus, sodass der Luftstrom langsamer wird.
Nach dem Satz von Bernoulli , der Druck auf der linken Seite ist gering und der Druck auf der rechten Seite ist stark. Der Luftstrom hat die Tendenz, von rechts nach links zu strömen. Gemäß dem Magnus-Effekt erzeugt der Druckunterschied zwischen der linken und rechten Seite eine seitliche Kraft auf den Ball. Diese Kraft bewirkt, dass sich der Ball schließlich nach links bewegt und ins Tor fliegt.
Das ist der Schüler des Fußballbegeisterten vorne – Werner Heisenberg.
海森堡性格外向，他不仅在学术上富有成就，还擅长音乐、语言、登山，以及乒乓球。据称他打遍莱比锡大学无对手，而且争强好胜，直到 1928 年，一个中国留学生慕名来到德国跟随海德堡学习量子理论，从此以后，海森堡的乒乓球水平从全校第一变成了第二。而这个学生就是周培源，也就是杨振宁的老师。周培源敬佩这位年轻教授在物理学方面的才华，海森堡也非常认可周培源的学识，两人年龄相仿且同样非常喜欢打乒乓球，相处十分融洽。周培源赴美讲学前，甚至还举办了一场乒乓球赛联欢茶话会。后来海森堡多次在公开场合盛赞周培源的品行、工作态度、学术素养，以及让他念念不忘的乒乓球技术。
说到乒乓球，就不得不说它独有的旋转。乒乓球在任何给定的方向上都可能有相当大的旋转，而选手使用旋转主有两个原因：首先，与不旋转的球相比，旋转的球有着完全不同的轨迹，这使得球能到达不旋转就无法到达的角度和位置。其次，面对旋转的球，对手更难做出反应。
如果你面对的是上旋球，接球时，球会给拍面一个向下的摩擦力，拍面会给球一个向上的反作用力，所以你接住的上旋球容易飞上天。
如果你面对的是下旋球，接球时，球会给拍面一个向上的摩擦力，拍面会给球一个向下的反作用力，所以球容易钻网底。
还有一种奇特的现象，如果下旋球弹到了球台上，会给球台一个向前的摩擦力，球台给球一个向后的反作用力。如果球的速度够快，球可能会向球网方向倒退。
球的旋转主要是靠球和胶皮之间的摩擦力产生的。正胶面颗粒向外，打出的球转速慢但是球速快；反胶面颗粒向内，打出的球转速快球速也快。
牛津大学的赛艇队有近 200 年的历史。有位我们意想不到的物理学家曾是牛津大学赛艇队的一员（下图右一）。他担任的是舵手，从图上看起来，他确实不是一个健硕的人。
但你一定也想不到，他就是当代最伟大的物理学家 —— 史蒂芬・霍金！虽然我们印象中霍金几乎一生都是被困在轮椅上的，实际上，他在患上肌萎缩侧索硬化症之前，曾是牛津大学赛艇队的一员。由于舵手不参与划桨，身材瘦削又大嗓门的霍金就成了舵手的理想人选。
能够入选舵手，霍金还真是占了身材上的优势。赛艇可以说是水上运动速度最快的项目，人和器材的自重是影响赛艇速度的关键因素之一。自重越大，向前划行时需要克服的阻力就越大。而器材的重量有严格规定，比赛前各队会对赛艇自行称重，如果重量低于标准，就要加铅块来增重。要想有效减轻重量，就只能从人的体重下手，所以就打起了不参与划桨的舵手的主意。1900 年奥运会上，为了夺冠，荷兰队甚至用一位 7 岁的法国男孩替下了原本是成年人人的舵手，就是为了减轻重量，从而减小赛艇行进的阻力！不过，为了杜绝这种现象，现在的赛艇比赛规则已经改变了。赛艇一开始并不像现在这样“苗条”，外形在演变过程中慢慢变窄，现代赛艇的宽度八人艇 57 厘米、单人艇仅有 30 厘米，也是为了减小水的阻力。另外，赛艇的桨原本是一个费力杠杆。1846 年，英国人在赛艇的两侧安装了延伸到艇外的桨架，增加了桨的长度，大大延长了动力臂。这样一来，运动员使用比较小的力，艇也能获得较大的动力。这些举措，都助力赛艇成为水上项目的速度之王。
物理界的运动狂人可远不止他们 —— 卡尔・萨根在中学时期曾是校篮球队队长。爱因斯坦是健走的狂热爱好者，每天走 5 公里去上班。不过，他比特斯拉差远了。极为自律的特斯拉每天健走 12 至 16 公里。国际著名核能科学家钱伟长擅长田径。参加过全国大学生运动会，获得 100 米栏前三名。…… 以研究运动规律著称的物理学家牛顿此次却并没有上榜，实在是小编还没找到他喜欢什么运动，不过也不妨碍他的理论能指挥各项运动。
参考资料
[1]https://davidson.weizmann.ac.il/en/online/sciencehistory/scientist-who-found-difference-between-quantum-particle-and-soccer-ball [2]https://gregsttpages.com/archives/general-articles/the-basic-physics-and-mathematics-of-table-tennis/[3]https://davidson.weizmann.ac.il/en/online/askexpert/physics-table-tennis-aka-ping-pong
[4] 央视纪录片《我的牛顿教练》
[5] 图书《我的牛顿教练》
[6]《我，海森堡》
[7]《物理》2010 年第 2 期，《海森堡与中国物理学界》金忠玉、王士平西班牙《趣味》月刊 1 月号
本文来自微信公众号：微信公众号（ID：null），作者：翻译专栏
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