每四年，世界杯都会有一颗新球——而每四年，球员们都不满意。也许它太轻了，升力太大，就像2002年的Fevernova。或者，它在空中会意外地晃动，让守门员更难预测它的运动轨迹，就像2006年的Teamgist。又或者，球会突然改变速度，从空中下坠，导致意外的手球，就像2010年的Jabulani。
在世界杯层面，球的空气动力学发生这些微小的变化，可能会合法地影响球队的表现，因此对世界杯用球的严格审视也许是可以预料的。“你可以说，这是世界上最受欢迎的运动中最重要的装备，”林奇堡大学物理学教授John Eric Goff说。
阿迪达斯设计了每一届世界杯的用球，Goff说，除了销量大之外，公司的工程师们也在不断地朝着更完美的球迈进。理想的足球是一个带有多孔表面的完美球体，其表面纹理足够精细，可以使球周围的气流保持轻微的湍流。听起来可能有些反直觉，但球上的脊线和多孔结构使其更具空气动力学性能，有助于球在空中更稳定地飞行。
2018年俄罗斯世界杯的设计——Telstar 18，是一个尽可能接近完美球体的球。它具有精细的多孔表面和六个热粘合的面板，旨在避免“knuckling”（一种在无旋转踢球时出现的特征性的上下摆动运动）。所有32支球队自11月以来就能够使用它来备战将于6月14日至7月15日举行的比赛。但尽管它与旧球相似，球员们还是对Telstar 18抱怨不已。与过去几届世界杯用球相比，Telstar 18与2014年巴西世界杯用球非常相似。它在球场上的飞行距离会稍短一些，在空中晃动的幅度也会略有不同，但空气动力学测试表明，它整体上在空中会更稳定。
“我有点同情那些不得不适应新球的球员，尤其是守门员，”Goff说。到目前为止，Telstar 18从11月开始就与它比赛的一些守门员那里收到了批评，他们对球在空中的运动方式和表面的触感都不满意。守门员不像场上的其他球员，他们必须预测球的去向才能扑救，同时又不能自由地在场上跑动来调整。这意味着守门员往往对新设计抱怨最多。“每一次世界杯和新球，守门员都会抱怨，因为他们不得不适应新球，”Goff说。
Goff使用风洞研究了Telstar 18的飞行特性，绘制了它的阻力曲线，以发现球在空中可能如何下坠和盘旋，类似于C罗喜欢的“香蕉球”任意球。“即使Telstar 18在空气动力学上与Brazuca没有太大区别，它仍然会因为面板形状不同而产生略微不同的晃动，”Goff说。
当任何物体在空气中运动时，一层薄薄的空气会包裹住它，并保持相对静止。这就是为什么天花板风扇上会积灰。在较低的速度下，足球周围的空气会平滑地流过表面，并在球最宽的侧面分离。Goff解释说，想象一个球从右向左穿过一个时钟，从3点到9点方向移动。在层流状态下，空气流过表面，然后在12点和6点处流出，这会产生更大的空气阻力。阻力使球更快减速。在较高的速度下，空气会湍流地流过球的表面，并在2点和4点处剥离。风会有效地包裹住后部。这种湍流阻力较小，这意味着球能长时间保持高速运动。
诀窍在于，飞行物体会有一个临界点，在其周围的空气会从湍流转变为层流（反之亦然）。根据足球在哪个速度下发生这种转变，球员可能会遇到问题。
2010年，世界杯上臭名昭著的Jabulani球在每小时50到45英里之间从湍流转变为层流，正好是角球和任意球的速度。这种不同流动类型之间的过渡会给球带来更大的阻力，导致Jabulani在空中晃动并以球员意想不到的方式下坠。
“如果我在2010年世界杯之前看到了Jabulani的阻力曲线，我就会打电话给国际足联和阿迪达斯，让他们别用这个球，”Goff说。Jabulani在长传时变得不可预测且像沙滩球一样，这在2010年帮助西班牙赢得了比赛，Goff说。西班牙队几乎完全依赖短传，而不是Jabulani球会变得不稳定的长传。“那是完美契合该球比赛风格的球队的绝佳例子，”Goff说。
今年，这个球不应该对哪个球队赢得世界杯产生这种影响。在风洞测试中，Goff发现Telstar 18的空气动力学特性与2014年的Brazuca球非常相似，Brazuca球的飞行没有Jabulani的晃动。Jabulani是第一个拥有六条接缝的球，尽管表面粗糙，但它太光滑了，Goff说。Brazuca发布时，它的接缝比Jabulani多68%，以改变球周围的气流。Telstar 18则更进一步。Goff发现，Telstar 18在较低的速度38英里/小时时就会发生阻力危机，而不是在任意球的中间转换为层流。
在这个点进行转换是理想的，因为短传的速度会在38英里/小时以下，而角球和长传的速度会更高。在Telstar 18上，接缝的位置、长度以及覆盖球面的多孔结构，都创造了微妙的设计元素，以控制球的运动。
在制造球时，阿迪达斯试图创造一个飞行最均匀、最一致的球。“该结构还提供了增强的能量分配和击球时的稳定响应，”一位阿迪达斯发言人在声明中说。“表面纹理进一步优化了球的飞行、触感和表面滑动。”
尽管与Brazuca相似，澳大利亚皇家墨尔本理工大学的空气动力学工程师Firoz Alam——他也对Telstar 18进行了风洞测试——表示，这个球与球员过去四年习惯的球之间的一些差异将对比赛产生影响。“当球员进行短传时，他们需要稍微用力一些，因为在每小时60公里（或37英里/小时）以下，它的飞行阻力比Brazuca大，”Alam说。Jabulani球在中程传球和角球方面遇到的麻烦已经解决。与Brazuca相比，Telstar 18在每小时40-50英里的范围内空气动力学效率更高，所以Alam说球员实际上需要踢得稍微轻一些，否则他们很可能会打过头。超过每小时55英里时，这两个球的感觉会非常相似。
然而，Goff和他的团队在风洞测试中注意到，Telstar 18在高速时阻力稍大，并预测在长传时，球的飞行距离会减少约8%到9%。这意味着德国门将曼努埃尔·诺伊尔——他被认为是德国在2014年获胜的关键因素——这次在清理球门时的影响力可能不如以往，Goff说。“你会看到他把球踢得很远很远，而[今年世界杯]你可能会注意到一些这样的踢球不如以前那么远了，”Goff说。
尽管踢球距离可能会稍短一些，但这些改变使Telstar 18更加平衡，Alam说。在其他球上，Alam和他的团队发现，球的飞行方式取决于它在接缝处的什么位置踢。他的测试发现，Telstar 18球的变化没有那么大。Telstar 18的总接缝长度为14.1英尺，比Brazuca多3.28英尺。有了更长的接缝和更对称的面板，无论球如何转动，暴露的接缝量都相同。“另外两个球不是这样的，它们有显著的差异，”他说。
随着接缝长度的增加，Goff说，实际上存在这个球会太粗糙的风险。“这些纹理的微小变化会产生明显的空气动力学效应，”他说。Telstar 18的阻力曲线几乎与Brazuca相同，空气动力学特性在相似的速度下发生变化，这令人印象深刻。“这一定是一个工程和技术挑战，”他说。
“我们发现Telstar 18球上的凹槽和多孔结构非常规整，而且有点扁平，”Alam说。构成球表面纹理的多孔结构不如Brazuca上的凸起，接缝也比以前更窄更浅。球的所有元素——增加的接缝长度、更规则的多孔图案、规整的多孔和接缝形状——加起来构成了一个更对称、更平衡的球，Alam说。“我们预计这个球将具有更好的飞行稳定性。”而且，由于俄罗斯的所有11个体育场海拔相同，Alam说，球在所有比赛中的表现应该是一样的。
考虑到这一点，对于今年的世界杯，我们可能不能因为奇怪的比赛和奇特的射门而责怪球了。现在一切都取决于球员了。
