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。
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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)