你知道网球为什么会旋转吗？

（物理，剑桥）

对于痴迷网球运动的人来说，这个世界没有什么比亲临红土网球场看拉法·纳达尔（Rafa Nadal）打出漂亮的一击更能让人如痴如醉的了。只见网球高高飞起，越过球网，落下时目测即将出界，观众席上已经有人发出叹息声。但是别急，纳达尔手里就像握着一根看不见的线一样，线的另一端连着飞出去的网球，要不就是他拥有操纵无形力场的神秘力量，因为飞到半空的网球突然之间急速下坠，刚好砸在底线上。界内球！且慢，这还不算完，只见网球旋转着砸在红土球场上，激起一阵尘土，然后又突然加速，导致对手误判击球时间，将球直接打飞到空中，成为纳达尔著名的上旋球下又一个牺牲品。网球界没有谁能在红土网球场上打出像纳达尔那样漂亮的上旋球！

罗杰·费德勒（Roger Federer）堪称史上最伟大的网球运动员之一，他打出的正手触地球每分钟旋转速度高达2，700转，使观众和对手全都瞠目结舌。不过在纳达尔面前，即使是费德勒也还是难以望其项背，因为前者打出的旋转球每分钟转速可高达5，000次。

当然，网球并不是什么时候都会旋转的，有时会从球拍上笔直地弹开，沿直线飞行，越过球网，然后遵循牛顿的万有引力定律落回地面。当重力加速度超过球手击球所产生的加速度，网球就会沿抛物线向下运动，落到地面以后会弹向远方，弹出的角度与落地角度方向相反但角度大小几乎完全相同。

实际上，上述这种情况在网球场上非常罕见，只有当网球手垂直击球的时候才会出现，换言之，当球拍挥出的方向与来球方向刚好相反，且来球方向垂直于球拍的击球面才会出现。如果网球手的击球方向与网球的飞行方向夹角不是180度，则球拍接触网球的角度就不会是直角，那么接下来发生的一切就会完全不同。

这种情况下，球拍在接触来球的瞬间会拖动网球，球与球拍之间产生的摩擦力会让网球接触球拍的时候发生滚动。因此，当球被弹开的时候就会继续滚动或旋转。球拍切球的角度越平、切球速度越快，只要球拍击球的主要力度是向前的，则网球旋转的速度也就相应越快。为了让网球的转速达到最高水平，球手不仅需要用球拍高速抽打网球使其旋转，还必须向前击球保证其能飞过球网。

如果球拍击中网球的顶部，则该球的顶部会向前旋转，而球的底部则会向后旋转，整个网球离开球拍后就会旋转着飞向对手，这就是上旋球。打出这种上旋球需要运动员付出极大的体力，因为网球触地弹起以后一般都是旋转着飞向击球者，所以需要很大力量击球才能扭转球的旋转方向。

如果球拍从网球的下方切球，则球的顶端会向后旋转，底端向前旋转，整个网球离开球拍的时候是向后旋转着飞向对手的，这就是下旋球，也叫反旋球。打出这种球不需要付出很大的体力，因为击球者只需让球保持原来的旋转方向即可。

当旋转球被球拍击出去的时候，它会与空气产生互动。网球的表面毛绒绒的，十分粗糙，与空气接触产生摩擦力，然后会在其旋转的时候拖出一层很薄的空气包围住网球。因此，对于上旋球来说，球前方的空气会被拖动向后向下运动，而球后方空气的运动方向则刚好相反，于是球顶端的后面就会产生湍流。当球前进的动力逐渐减少，网球开始下降的时候，阻力和湍流反而会随之变得越来越有力，能够使球突然下坠，其效果远胜只有引力作用于球的情况。

牛顿早在1672年观看剑桥同学打网球的时候就注意到了这一现象，不过当时人们称之为“马格纳斯效应”，因为德国物理学家古斯塔夫·马格纳斯（Gustav Magnus）在19世纪50年代曾经专门研究过它。我们在很多球类运动中都能发现这种马格纳斯效应。板球投手会用旋转球来迷惑对方的击球手，因为前者投出的球开始下降的时间会早于后者的估计。棒球投手会利用这一效应投出曲线球。鉴于这种投球对空气条件十分敏感，空气中湿度较大的时候效果最为显著。如果击球手处于下风头，马格纳斯效应还能进一步增强。

想要接好旋转球，只关注球在空中诡异的运动轨迹是不够的。当球落地的时候，其本身的旋转会让它触地弹出的角度变得十分刁钻和出人意料。上旋球落地的时候，球本身的旋转加上其自然的滚动趋势会让它在弹起时突然加速。下旋球的效果则刚好相反，触地反弹至空中以后几乎完全静止不动。红土球场所产生的额外摩擦力会进一步加剧这一效应，而湿滑的草地球场则会将该效应的影响降至最低。

费德勒在竞技状况良好的情况下堪称网球史上最为优秀的击球手之一，击球既快且准。但他也更喜欢与号称“旋转球之王”的纳达尔在草地网球场上一较高下，因为想要在红土球场上打败后者是件十分困难的事情。擅长打旋转球的纳达尔号称“红土之王”，他绝对当得起这一称号，截至目前，他已经赢了八次法网冠军。