上周，在新英格兰爱国者队以惊人的 38 分优势击败印第安纳波利斯小马队后，“匿名联盟消息人士”指控该队故意给足球充气不足。于是“充气门”事件诞生了。
随着爱国者队本周日将在超级碗中对阵西雅图海鹰队，“充气门”的争议笼罩着空气。因此，《科学美国人》与一家专门从事计算机仿真的公司 ANSYS 合作，为这场丑闻提供了另一个视角。
规定要求足球的充气压力至少为每平方英寸 12.5 磅，而爱国者队的足球在中场休息时测量为 10.5 psi。这很重要，因为充气不足的足球更容易被四分卫抓握和控制，尤其是在潮湿的天气里。这意味着：爱国者队可能篡改了足球压力，以获得优势。这可不好。
别担心，我们主要避开了关于球是如何变成这样的的争论。（爱国者队教练比尔·贝利奇克将其归咎于天气和粗暴对待足球，而其他人则指出小马队的足球也经历了同样的情况，压力损失不大。甚至比尔·奈也在全国电视上发表了看法。）到目前为止，NFL 还没有就此事做出官方决定。
我们想知道的是，两磅的压力到底能有多大的区别？充气不足的球能解释爱国者队如何能轻易击败他们的对手吗？
ANSYS 使用了多物理场模型，该模型包含了流体动力、热效应和结构完整性等内容。在此模拟中，他们输入了足球内部和外部的温度、气压、球的皮革和橡胶材料的行为等数据。然后，他们使用该模拟来比较 12.5 psi 足球与 10.5 psi 足球的性能。
这对抓握有多大影响？
当四分卫投掷足球时，更好的抓握意味着球的旋转更紧密。投掷会更精确、更可靠。那么 2 psi 的差异对四分卫抓握力有多大影响呢？
ANSYS 产品营销总监、匹兹堡钢人队球迷巴里·克里斯滕森模拟了在正常抓握下 10.5 psi 的球变形的程度。他和团队首先查看了四分卫手指抓握球的典型位置。
抓握会使充气至 12.5 psi 的球变形（蓝色表示无变形，红色表示变形 0.32 英寸）
现在看看使用 10.5 psi 球的相同抓握
差别不大，对吧？这里是另一个视图——12.5 psi 球的横截面
以及 10.5 psi 球的横截面
同样，两次模拟看起来几乎相同。10.5 psi 的球会向内凹陷额外 0.02 英寸，大约一毫米。克里斯滕森说，这不足以对四分卫的抓握产生显著影响。
“关于这会带来什么样的优势，有很多讨论。根据这次模拟，这并没有给爱国者队带来多大优势。四分卫的抓握能力基本相同。”
克里斯滕森说，如果球充气不足三四磅，变形就会更加明显。
充气不足的球飞得有多好？
当足球飞行时，气流围绕它流动，并在球后面产生低压区域。这个低压区域会试图将足球向后吸。投掷完美的螺旋线意味着低压区域（称为分离区）较小，球的飞行距离更远、更准确。相反，角度太大的球（如下面的动画下半部分所示）的分离区较大，飞行速度较慢。
ANSYS 模拟研究了 2 psi 的气压差异可能如何改变爱国者队的足球的飞行方式。他们发现 10.5 psi 和 12.5 psi 的球在形状、气流和空气动力学方面相同。所以无论哪种方式，都取决于四分卫来确保球的飞行正确。
接球呢？
10.5 psi 的球足够软，不会从接球手的手中滑落吗？一句话：不会。对这次模拟的结果是，接球时变形仍然只有 0.02 英寸——克里斯滕森认为这不足以产生影响。
在理想世界里，我们会通过让真正的足球运动员投掷 12.5 psi 和 10.5 psi 的球来测试这些说法，看看这是否会对表现产生影响。（如果有人认识职业足球运动员，请告诉我们。）但模拟确实表明，10.5 psi 的球对比赛结果并没有产生太大影响。正如小马队近端锋德维恩·艾伦在推文中说的：“他们真的可以用肥皂来比赛，他们仍然会赢下比赛，”克里斯滕森说。
尽管如此，克里斯滕森表示他还是会支持海鹰队。
更正，2015 年 1 月 30 日，美国东部时间下午 5:45：本文的先前版本曾表示，小马队指控爱国者队给足球充气不足。指控的起源目前仍然是一个谜。
