当我们在足球赛场上看到运动员们将足球踢出一个个美妙的弧线的时候，我们是否想过，为什么球飞行的路线不是直的，而是带着弧度的？据说当年牛顿在观看了剑桥学院网球选手的比赛后描述和正确推断了这种现象的原由，而到了1742年，英国的一位枪炮工程师本杰明·罗宾斯也解释了步枪弹丸运动轨迹的偏差，但是真正的将其提出，并给出解释的却是本文的主角，德国物理学家、化学家马格努斯。

海因里希·古斯塔夫·马格努斯

海因里希·古斯塔夫·马格努斯于1802年出生在德国柏林的一个犹太富商的家庭。年轻的时候，马格努斯在家庭教师的指导下学习了数学和自然科学。1822年，马格努斯考入柏林大学，并在3年后的1825年在他的老师米修里希·伊尔哈德的指导下发表了他的第一篇论文--《对引火铁、钴和镍的研究》，并在1827年凭借一篇关于碲的论文而获得博士学位。随后，马格努斯前往巴黎，在盖·吕萨克的实验室作为盖·吕萨克的助手工作了一年。因此，到1831年，马格努斯作为一流的实验科学家被任命为柏林大学的物理和技术讲师，并在3年后升为助理教授。到1845年，马格努斯成为正教授。

柏林大学

马格努斯从事过电磁感应、热电学、电化学等很多方面的研究，探讨过热力学问题，研究过气体膨胀时的增压比和体积比以及气体的导热和热辐射等问题。1842年，马格努斯还以更高的精确度证实了盖·吕萨克定律。然而马格努斯更加为人所知的则是以他的名字命名的关于空气动力学中的一个效应--马格努斯效应。即：在不可压缩的粘滞流体中运动的旋转圆柱或圆球会受到侧向力的现象。这句话很难理解，我们还是用本文开头的香蕉球来解释一下。当足球被踢出去之后，在气流中运动时，如果其旋转的方向与气流同向，则会在球体的一侧产生低压，而球体的另一侧则会产生高压。向前运动的球在以顺时针方向旋转时，下侧由于迎着气流运动，受到的空气摩擦力会更大。这就得使足球下侧受到的压力比上侧更大，足球在压力的作用下便会朝上偏。如果足球以逆时针方向旋转，则相反。也就是说，想要在比赛中踢出香蕉球或者落叶球来，不但要有高超的足球技能，也得知道比赛场中的风向，然后根据风向做出正确的选择，才能达到效果。

马格努斯效应与香蕉球

马格努斯效应的原理其实并不复杂，当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转，这种现象就是马格努斯效应。旋转物体之所以能在横向产生力的作用，是由于物体旋转可以带动周围流体旋转，使得物体一侧的流体速度增加，另一侧流体速度减小。根据伯努利定理，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就导致旋转物体在横向的压力差，并形成横向力。同时由于横向力与物体运动方向相垂直，因此这个力主要改变飞行速度方向，即形成物体运动中的向心力，因而导致物体飞行方向的改变。用位势流理论解释，则旋转物体的飞行运动可以简化为"直匀流+点涡+偶极子"的运动，其中点涡是形成升力的根源。在二维情况下，旋转圆柱绕流的横向力可以用茹科夫斯基定理来计算，即横向力=来流速度×流体密度×点涡环量。

其实我们与其称马格努斯为物理学家，还不如称他为实验物理学家。作为有悠久历史和深厚基础的德国实验物理学派，马格努斯是这个学派中的代表人物之一。马格努斯坚持认为实验物理学的目的就是建立实验事实，数学物理和实验物理是完全不同的，相互独立的两门学科。在柏林大学任教期间，马格努斯将自己的住宅分出几个房间来当做物理实验室，让他的最优秀的学生去参加科研工作，其中就有后来鼎鼎大名的英国物理学家丁达尔和德国物理学家赫姆霍兹、以及大发明家西门子。1863年，马格努斯的私人物理实验室变成了柏林大学的物理实验室，马格努斯本人也担任了这个实验室的首任物理学教授，这个实验室也是世界上最早的、规模较大的正规物理实验室。在马格努斯去世之后，他的学生赫姆霍兹继任了实验室的教授。

1870年，马格努斯在柏林去世，享年67岁。但是他创建的柏林大学物理实验室的经验引起了其他国家同行们的注意，他们纷纷按照德国模式组建大学实验物理室，比如汤姆孙在格拉斯哥大学组建了物理实验室（开尔文实验室），意大利罗马大学的物理实验室也是仿效柏林大学物理实验室创建的。另外，马格努斯还创设了学术讨论会这种形式，让学生轮流报告自己最近的科研工作，并相互讨论，邀请专家、学者做学术报告，研究生院的学习体制也是在他的手下逐渐形成的。

预告一下，下期人物：楞次