文案:甘甜 制图:刘庆一(实习)
盘点不同球类运动 ,谁 是“球中之王”?****** 近日 ,在世界杯比赛中 葡萄牙队3比2险胜加纳队 下半场 ,C罗通过点球 帮助葡萄牙队取得领先 图源:FIFA 被判点球后C罗亲吻足球 他闭上双眼 ,深呼吸 然后助跑、果断起脚 皮球势大力沉直窜对方球门 图源:新华社 C罗也成为历史首位 连续五届世界杯取得进球的球员 大家观看比赛时有没有想过 在如此多 的球类运动中 足球的球速是最快吗 ? 哪种球飞得最远? 球速之“王”竟然是它? 所有球类运动无非是用手、脚、球棒或球拍击打球 ,球 的尺寸、形状和重量差异使得它们具有不同的速度以及运动轨迹 。 那么问题来了,在这些球类运动中 ,速度最快的是哪种球 ?是令人热血沸腾的足球, 是挥汗如雨的网球,还 是快得看不清轨迹的乒乓球? 图源 :摄图网 答案其实是外形最不像球的羽毛球 。 目前吉尼斯官方认可的最快的羽毛球记录来自丹麦选手科丁 ,2017年1月10日 ,在印度羽毛球超级联赛上,科丁在正式比赛中杀出一记速度高达426 公里/小时(约118 m/s) 的杀球 。这意味着什么 ?这个记录中羽毛球的最高速度,比“复兴号”动车组列车最高运行时速(400公里/小时)还要快 。 图源:Physics of ball sports各种球类运动的最高运动速度 羽毛球为什么能飞得那么快?原因其实并不复杂 ,主要 是因为羽毛球比较轻(重量只有5克),并且球拍足够长(不超过680mm) 。 图源:Annu. Rev. Fluid Mech 各种球的尺寸、重量及速度等基本参数 球体在空中的运动往往只受到空气阻力和重力 的作用,它 的速度一般只会逐渐减小(篮球等例外)。想要获得最快的运动速度 ,球体需要在离开运动员接触的瞬间获得最大的加速度。相对于网球 、足球和其它球体 ,羽毛球非常轻,因此同等大小 的力在它身上则会产生更大的加速度。 图源 :Physics of ball sports 高尔夫球和羽毛球的挥拍动作 最能“飞”的球——高尔夫球 高尔夫球 是飞得最远的球,单次击球可以移动200米以上 ,标准高尔夫球场,一般布置18个球洞,总长度要控制在6002~6400米,球场面积50~75公顷(1公顷=10000平方米) ,实际大小要根据球场的地形来确定。 不仅如此,高尔夫还走出了地球 ,成为了首个星际间 的球类运动项目 。1971年2月6日,执行阿波罗14号任务 的宇航员艾伦·谢帕德(Alan Shepard)挥动球杆在月球上打起了高尔夫球 ,从而使他成为有史以来第一位 ,也 是目前唯一一位在月亮上打过高尔夫球 的人 。 图源 :NASA 正在月球打高尔夫球的宇航员艾伦 高尔夫球有一个让人大跌眼镜的现象:越 是光滑 的高尔夫球 ,越是飞不远 。 我们都认为,球形是最完美 的形体 ,表面越 是光滑 ,则在飞行 的过程中,球面与大气的摩擦就越少 ,同等用力 的情况下 ,理应飞得越远。但是 ,高尔夫球不 是这样 。 图源:《高尔夫50年》高尔夫球 的变迁 毛根海教授所著《奇妙 的流体运动科学》一书中,有这么一个数据:同等条件下,布满小酒窝的高尔夫球,它在飞行中所受到的阻力只有光滑球的一半 ,而飞行距离 是光滑球的5倍。物体在流体中运动时 ,前后压力差所带来的阻力就叫做“形状阻力” 。现代核潜艇使用“水滴型”外形就是为了减少形状阻力。 图源:科普中国 如上图 ,顶部的垂直竖版,其形体阻力最大 ,原因是其后方的“低压区”面积最大,第二个球体 的低压区有所减少 ,直至底部 的水滴型,其形状阻力最小 。通过流体力学实验 ,人们发现,光滑的与布满小酒窝的球相比,后者产生的低压区面积更少 。球上的无数小酒窝 ,它可以起到让空气紧贴球面的作用,这使得平滑的气流能顺着球体表面延伸到更靠后 的位置时才产生分离。 图片来自航空航天工程师Jeffrey A. Scott 最受欢迎 的球类运动——足球 无论 是从影响力、参与人数还是赛事热度来看,足球都 是当之无愧的世界第一运动。不过今天既然讲到球速和形体阻力 的问题,那么我们也一起来看看足球缝线对足球轨迹 的影响。 图源:百度百科 普天同庆足球是2010年南非世界杯决赛阶段设计的新款足球,也 是最近几届世界杯中 ,最饱受批评 的一个足球 。在它还刚刚面世时,生产厂家就宣传说:这个球只用了8块表皮就将足球拼接完成 ,完美地包住了内胆,这 是史上最圆的足球。 然而 ,这颗球却 是守门员 的“噩梦”。空气动力学家梅塔博士提出 ,“粗糙度的大小,决定了出现‘蝴蝶球效应’ 的最佳临界速度是多少 。” 蝴蝶球轨迹蝴蝶球指的是球在空中飞行时几乎没有旋转,从而导致它 的飞行轨迹不可预测 ,守门员很难判断。蝴蝶球的原理 是球表面上有缝线 ,在飞行过程中,气流经过缝线时 ,会产生更多湍流 ,由于左右不对称,湍流增加了球侧面 的偏转力 。尾流左右摇摆 ,飞行飘忽不定,如飞舞蝴蝶 。 图源 :中国科普博览常规足球通常将32块球面通过缝线拼合而成,缝线的总长度以及缝线 的深度决定了足球 的光滑度,缝线越多越粗糙。常规足球一般在48公里每小时球速时才会产生最大化的“蝴蝶球效应”。 而普天同庆足球,由于其总缝线长度很短 ,导致其成为当时最光滑的足球,经过空气动力学试验,人们发现 ,在80~88公里每小时球速时,普天同庆才会产生最大化 的蝴蝶球效应 ,而80公里左右时速恰恰 是射门 ,以及任意球 的典型球速 。 END 资料来源 :央视科教 、科普中国、中国科普博览 、知乎 整理 :董小娴 (文图 :赵筱尘 巫邓炎) [责编:天天中] 阅读剩余全文() |