體育科普:盤點(diǎn)不同球類運(yùn)動,誰是“球中之王”?
發(fā)布時間:2022-12-01
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近日,在世界杯比賽中

葡萄牙隊(duì)3比2險勝加納隊(duì)

下半場,C羅通過點(diǎn)球

幫助葡萄牙隊(duì)取得領(lǐng)先

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圖源:FIFA

被判點(diǎn)球后C羅親吻足球

他閉上雙眼,深呼吸

然后助跑、果斷起腳

皮球勢大力沉直竄對方球門

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圖源:新華社

C羅也成為歷史首位

連續(xù)五屆世界杯取得進(jìn)球的球員

大家觀看比賽時有沒有想過

在如此多的球類運(yùn)動中

足球的球速是最快嗎?

哪種球飛得最遠(yuǎn)?

球速之“王”竟然是它?

所有球類運(yùn)動無非是用手、腳、球棒或球拍擊打球,球的尺寸、形狀和重量差異使得它們具有不同的速度以及運(yùn)動軌跡。

那么問題來了,在這些球類運(yùn)動中,速度最快的是哪種球?是令人熱血沸騰的足球,是揮汗如雨的網(wǎng)球,還是快得看不清軌跡的乒乓球?

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圖源:攝圖網(wǎng)

答案其實(shí)是外形最不像球的羽毛球。

目前吉尼斯官方認(rèn)可的最快的羽毛球記錄來自丹麥選手科丁,2017年1月10日,在印度羽毛球超級聯(lián)賽上,科丁在正式比賽中殺出一記速度高達(dá)426 公里/小時(約118 m/s)的殺球。這意味著什么?這個記錄中羽毛球的最高速度,比“復(fù)興號”動車組列車最高運(yùn)行時速(400公里/小時)還要快。

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圖源:Physics of ball sports各種球類運(yùn)動的最高運(yùn)動速度

羽毛球?yàn)槭裁茨茱w得那么快?原因其實(shí)并不復(fù)雜,主要是因?yàn)橛鹈虮容^輕(重量只有5克),并且球拍足夠長(不超過680mm)。

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圖源:Annu. Rev. Fluid Mech 各種球的尺寸、重量及速度等基本參數(shù)

球體在空中的運(yùn)動往往只受到空氣阻力和重力的作用,它的速度一般只會逐漸減?。ɑ@球等例外)。想要獲得最快的運(yùn)動速度,球體需要在離開運(yùn)動員接觸的瞬間獲得最大的加速度。相對于網(wǎng)球、足球和其它球體,羽毛球非常輕,因此同等大小的力在它身上則會產(chǎn)生更大的加速度。

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圖源:Physics of ball sports 高爾夫球和羽毛球的揮拍動作

最能“飛”的球——高爾夫球

高爾夫球是飛得最遠(yuǎn)的球,單次擊球可以移動200米以上,標(biāo)準(zhǔn)高爾夫球場,一般布置18個球洞,總長度要控制在6002~6400米,球場面積50~75公頃(1公頃=10000平方米),實(shí)際大小要根據(jù)球場的地形來確定。

不僅如此,高爾夫還走出了地球,成為了首個星際間的球類運(yùn)動項(xiàng)目。1971年2月6日,執(zhí)行阿波羅14號任務(wù)的宇航員艾倫·謝帕德(Alan Shepard)揮動球桿在月球上打起了高爾夫球,從而使他成為有史以來第一位,也是目前唯一一位在月亮上打過高爾夫球的人。

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圖源:NASA 正在月球打高爾夫球的宇航員艾倫

高爾夫球有一個讓人大跌眼鏡的現(xiàn)象:越是光滑的高爾夫球,越是飛不遠(yuǎn)。

我們都認(rèn)為,球形是最完美的形體,表面越是光滑,則在飛行的過程中,球面與大氣的摩擦就越少,同等用力的情況下,理應(yīng)飛得越遠(yuǎn)。但是,高爾夫球不是這樣。

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圖源:《高爾夫50年》高爾夫球的變遷

毛根海教授所著《奇妙的流體運(yùn)動科學(xué)》一書中,有這么一個數(shù)據(jù):同等條件下,布滿小酒窩的高爾夫球,它在飛行中所受到的阻力只有光滑球的一半,而飛行距離是光滑球的5倍。物體在流體中運(yùn)動時,前后壓力差所帶來的阻力就叫做“形狀阻力”?,F(xiàn)代核潛艇使用“水滴型”外形就是為了減少形狀阻力。

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圖源:科普中國

如上圖,頂部的垂直豎版,其形體阻力最大,原因是其后方的“低壓區(qū)”面積最大,第二個球體的低壓區(qū)有所減少,直至底部的水滴型,其形狀阻力最小。通過流體力學(xué)實(shí)驗(yàn),人們發(fā)現(xiàn),光滑的與布滿小酒窩的球相比,后者產(chǎn)生的低壓區(qū)面積更少。球上的無數(shù)小酒窩,它可以起到讓空氣緊貼球面的作用,這使得平滑的氣流能順著球體表面延伸到更靠后的位置時才產(chǎn)生分離。

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圖片來自航空航天工程師Jeffrey A. Scott

最受歡迎的球類運(yùn)動——足球

無論是從影響力、參與人數(shù)還是賽事熱度來看,足球都是當(dāng)之無愧的世界第一運(yùn)動。不過今天既然講到球速和形體阻力的問題,那么我們也一起來看看足球縫線對足球軌跡的影響。

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圖源:百度百科

普天同慶足球是2010年南非世界杯決賽階段設(shè)計(jì)的新款足球,也是最近幾屆世界杯中,最飽受批評的一個足球。在它還剛剛面世時,生產(chǎn)廠家就宣傳說:這個球只用了8塊表皮就將足球拼接完成,完美地包住了內(nèi)膽,這是史上最圓的足球。

然而,這顆球卻是守門員的“噩夢”??諝鈩恿W(xué)家梅塔博士提出,“粗糙度的大小,決定了出現(xiàn)‘蝴蝶球效應(yīng)’的最佳臨界速度是多少?!?/strong>

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蝴蝶球軌跡

蝴蝶球指的是球在空中飛行時幾乎沒有旋轉(zhuǎn),從而導(dǎo)致它的飛行軌跡不可預(yù)測,守門員很難判斷。蝴蝶球的原理是球表面上有縫線,在飛行過程中,氣流經(jīng)過縫線時,會產(chǎn)生更多湍流,由于左右不對稱,湍流增加了球側(cè)面的偏轉(zhuǎn)力。尾流左右搖擺,飛行飄忽不定,如飛舞蝴蝶。

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圖源:中國科普博覽

常規(guī)足球通常將32塊球面通過縫線拼合而成,縫線的總長度以及縫線的深度決定了足球的光滑度,縫線越多越粗糙。常規(guī)足球一般在48公里每小時球速時才會產(chǎn)生最大化的“蝴蝶球效應(yīng)”。

普天同慶足球,由于其總縫線長度很短,導(dǎo)致其成為當(dāng)時最光滑的足球,經(jīng)過空氣動力學(xué)試驗(yàn),人們發(fā)現(xiàn),在80~88公里每小時球速時,普天同慶才會產(chǎn)生最大化的蝴蝶球效應(yīng),而80公里左右時速恰恰是射門,以及任意球的典型球速。

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資料來源:央視科教、科普中國

中國科普博覽、知乎



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