足球的科学

本书用简洁易懂的语言讲述足球背后的科学原理。全书包括两部分内容。前半部分运用物理学规律分析足球运动的各种常用技术动作的原理，如踢球、头球、接球、卸球、掷球等。后半部分则涉及足球规则的制定、竞赛理论、*球队、球员及其职业生涯，以及足球经济等与足球运动发展相关的广泛的问题。全书的主要部分只需要高中文化水平就可以了解。比较深入的足球物理的数学推导集中放在了最后一章，可供感兴趣的读者深入研究。

本书内容全面、实用，对足球专业人士，包括教练员、运动员、科研人员，以及热爱足球和关心足球的广大足球爱好者，都有一定的参考价值。

第1章　球和球的反弹
第2章　踢球
第3章　抛掷，头球，击球，接球，卸球，踩球
第4章　飞行中的足球
第5章　规则
第6章　竞赛理论
第7章　最佳球队
第8章　球员
第9章　足球经济
第10章　数学
参考书目

　　序
　　作为一名专业足球人和清华大学教授，看到我校葛惟昆教授带领物理系学生足球队的同学们，共同把《足球的科学》一书译成中文，并由清华大学出版社出版发行，我感到由衷的高兴。
　　作为世界第一体育运动，足球的魅力和影响都是无与伦比的。但足球并不仅仅是运动，它是文化，是科学，是精神；是国力的彰显、民族的象征！普及和发展足球是一项系统工程，牵涉到经济、教育、体制等诸多方面。特别在中国足球长期落后的现实面前，振兴中国足球受到国家层面的高度重视，也成为全民族的殷切希望。
　　像任何一项其他的事业一样，足球也需要科学的发展。这当中，以科学的方法和理论去研究足球，探讨足球运动的科学规律，是非常重要而又长期受到忽视的。要想使中国足球迎头赶上世界先进，必须有更宽广的视野、更强悍的魄力和更科学的措施，要把科学注入到足球发展的系统工程中去。
　　清华大学作为一个科技重镇，承载着为国家发展培养人才、创造科技的历史使命。足球也在清华人的深切关注之中。刚刚成立的清华大学体育部“中国足球发展研究中心”，就旨在研究和发展科学的足球理念和技术，宣扬科学足球的魅力，集清华的科技和人才优势，为中国足球的发展出谋献策，贡献力量！
　　《足球的科学》一书的出版，就是我们努力的第一个尝试，是一个从新的视角去观察足球、认识足球的开始。希望本书能得到同行的认可，满足专业人士和热爱足球运动的青少年的需要，并对我们的训练、比赛和俱乐部运营产生积极的影响，最终有助于促进中国足球的发展，圆我们数代人实现足球强国的中国梦！
　　清华大学体育部“中国足球发展研究中心”主任、教授
　　孙葆洁
　　2014年1月于清华园
　　译者序
　　十多年前的2002年，我到美丽的苏格兰城市爱丁堡参加两年一届的“国际半导体物理会议”，无意间在售书处发现了这本英国物理学家撰写的《足球的科学》。当时感到喜出望外，也十分惊讶。没想到有这样的专著来研究我所钟爱的足球。当时我在香港科技大学物理系任教，是大学大陆学生学者足球队的教练；虽已年届花甲，仍每周参加两次练习，在球场上和年轻人一起享受足球的快乐。从小热爱足球，痴心不改，于是马上买下此书，准备介绍给同好和更专业的人士。但是当时联系了内地的报刊出版单位，似乎得不到响应，也就一直限于朋友间小范围交流。2008年我从香港退休，来到清华大学物理系任教，又担任系学生足球队的教练。发现清华的同学全面发展，不但业务好，体育也棒，足球更是孩子们的最爱。他们既热爱运动，也具有科学的头脑。当我向系队的同学们介绍这本书之后，马上得到非常积极的响应，他们表示愿意利用业余时间把它翻译成中文，为中国足球的科学发展贡献绵薄之力。同时清华大学出版社也慧眼识珠，积极支持本书的翻译出版。
　　这本书的前半部分，讨论足球运动的物理学和统计规律，但基本上停留在定性的说明，留到篇幅最大的最后一章才详细给出足球物理的数学推导。所以全书的主要部分只需要高中的文化水平就可以了解，而最后一章又给具有物理基础的读者留下深入探讨的空间。除了物理之外，本书讨论了足球规则的制定、竞赛理论、球队和球员，以及足球经济等与足球运动发展相关的广泛的课题。所以它对足球专业人士、教练员和运动员、科研人员、足球专业的教师和学生，以及热爱足球和关心足球的广大读者群，都有相当的参考价值。
　　本书的翻译出版，也正值清华大学体育部成立“中国足球发展研究中心”之际。中心主任、我国著名“金哨”、国际级足球裁判孙葆洁教授，对本书的翻译出版给予了热情的关注和支持。孙葆洁教授本人对足球运动、特别是裁判规则，有深刻的见解。他认为足球规则的变革，适应了足球运动本身的发展，鼓励进攻、推崇技术、强调整体；足球的规则与比赛实践互相推动、相辅相成，促进了足球运动的现代化。
　　中国足球的振兴，已经成为民族的追求、国家的梦想，寄托着习近平总书记的殷切期望。用科学发展的思想指导足球运动，以科学的态度研究和对待足球，把科学的内涵渗透到足球的训练、比赛、球员培养、俱乐部运营、联赛规则、管理体制等各个方面，是足球运动发展的必然规律，也是我们要迎头赶上、后来居上的唯一捷径。如果我们真正贯彻科学足球的理念和实践，那我们就能在足球发展中形成中国特色，达到事半功倍的效果，使足球运动在中国更有效、更快速地进步，直到站在世界的前列。
　　本书的翻译者都是清华大学物理系的本科学生，以系足球队长、9字班戴彬同学为主。9字班吴谣和刘一锋同学分别翻译了第1章和第3章，0字班何家骥同学翻译了第9章，其余都是戴彬翻译的。我和葛澄负责全书的审校。本书的出版得到清华大学出版社、特别是理科部主任石磊先生的支持和帮助，以及我曾工作过的中山大学理工学院的赞助，在此一并致谢。
　　香港科技大学荣休教授
　　清华大学物理系教授
　　葛惟昆
　　2014年1月于清华园
　　前言
　　足球毫无疑问是世界第一运动。全世界数百万人踢足球，更有数亿人在现场或电视机前欣赏足球。尽管如此，关于足球的科学方面却几乎无人谈及，更不用说去讨论和研究了。这和其他一些运动正相反，那些运动受到多得多的重视，特别像高尔夫球。
　　就足球而言，“科学”意味着什么呢？本书基本上处理两个方面的问题。第一方面是“硬科学”，主要就是应用物理学原理，来解释足球运动的基本规律，从对踢球的相对简单的力学的理解，到关于球体运动的相当复杂的流体力学。第二方面涵盖面比较宽广。对于足球比赛的结果、特别是说明对于哪个球队可以获得冠军或奖杯，机遇有一定的影响。得胜的球队一定就是那个最好的球队吗？我们要统计运动员的最佳表现与他们年龄的关系，还要探讨足球运动员的最佳身高，以及，出乎意料的，一年中足球运动员出生的最好时节。进而我们还要讨论对规则的分析，各种关于踢球的理论，以及专业足球的运营经济方面。
　　在本书的前9章里，上述课题的论述都没有用数学。其背后的数学分析留到第10章，也是最后一章。本书的绝大多数内容都是第一手的，但在许多领域，没有其他人的帮助，作者是不能完成的。我要感谢戴维·顾戴尔（DavidGoodall）为足球的碰撞和飞行所做的实验，以及他和克里斯·劳利(ChrisLawry)所做的实验，从而得到足球的阻力曲线。球场上的实验是在米基·路易斯(MickeyLewis)和牛津青年联队的帮助下进行的。我对足球所用球的发展的了解得益于与米特（Mitre）公司邓肯·安德森（DuncanAnderson）的讨论，同时关于俱乐部财务的信息，我是从德勤(DeloitteandTouche)律师事务所所编制的“足球财务年度报告”中获取的。
　　我要感谢英国皇家物理学会出版社（IOP）的责任编辑约翰·纳瓦斯（JohnNavas），没有他的认可和鼓励，这本书难见天日。杰克·康诺（JackConnor）和约翰·哈德威克（JohnHardwick）阅读了本书文稿，并提出很多有用的建议，也在此表示谢意。本书使用了、而且实际上依赖于许多插图，它们都是斯图亚特·莫里斯（StuartMorris）绘制的。我对他的技巧和不懈的支持深表谢意。最后，我必须感谢琳达·李（LindaLee）,她不仅认真细致地打印了手稿，而且还完成了许多修正和重写的任务。
　　JohnWesson
　　2002年1月