近日，在世界杯比賽中

　　葡萄牙隊(duì)3比2險(xiǎn)勝加納隊(duì)

　　下半場(chǎng)，C羅通過(guò)點(diǎn)球

　　幫助葡萄牙隊(duì)取得領(lǐng)先

　　

　　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(shì)大力沉直竄對(duì)方球門

　　

　　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(shí)有沒(méi)有想過(guò)

　　在如此多的球類運(yùn)動(dòng)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(dòng)無(wú)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(dòng)軌跡。

　　那么問(wèn)題來(lái)了，在這些球類運(yùn)動(dòng)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？

　　

　　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(lái)自丹麥選手科丁，2017年1月10日，在印度羽毛球超級(jí)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(shí)（約118 m/s）的殺球。這意味著什么？這個(gè)記錄中羽毛球的最高速度，比“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組列車最高運(yùn)行時(shí)速（400公里/小時(shí)）還要快。

　　

　　圖源：Physics of ball sports各種球類運(yùn)動(dòng)的最高運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)（不超過(guò)680mm）。

　　

　　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(dòng)往往只受到空氣阻力和重力的作用，它的速度一般只會(huì)逐漸減?。ɑ@球等例外）。想要獲得最快的運(yùn)動(dòng)速度，球體需要在離開(kāi)運(yùn)動(dòng)員接觸的瞬間獲得最大的加速度。相對(duì)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(huì)產(chǎn)生更大的加速度。

　　

　　圖源：Physics of ball sports 高爾夫球和羽毛球的揮拍動(dòng)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(dòng)200米以上，標(biāo)準(zhǔn)高爾夫球場(chǎng)，一般布置18個(gè)球洞，總長(zhǎng)度要控制在6002～6400米，球場(chǎng)面積50～75公頃（1公頃=10000平方米），實(shí)際大小要根據(jù)球場(chǎng)的地形來(lái)確定。

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

　　

　　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(gè)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(guò)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。

　　

　　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(dòng)科學(xué)》一書中，有這么一個(gè)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(dòng)時(shí)，前后壓力差所帶來(lái)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。

　　

　　圖源：科普中國(guó)

　　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(gè)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(guò)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(wú)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(shí)才產(chǎn)生分離。

　　

　　圖片來(lái)自航空航天工程師Jeffrey A. Scott

　　最受歡迎的球類運(yùn)動(dòng)——足球

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

　　

　　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(píng)的一個(gè)足球。在它還剛剛面世時(shí)，生產(chǎn)廠家就宣傳說(shuō)：這個(gè)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(mèng)”?？諝鈩?dòng)力學(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。”

　　

　　蝴蝶球軌跡

　　蝴蝶球指的是球在空中飛行時(shí)幾乎沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致它的飛行軌跡不可預(yù)測(cè)，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(guò)程中，氣流經(jīng)過(guò)縫線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更多湍流，由于左右不對(duì)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。

　　

　　圖源：中國(guó)科普博覽

　　常規(guī)足球通常將32塊球面通過(guò)縫線拼合而成，縫線的總長(zhǎng)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(shí)球速時(shí)才會(huì)產(chǎn)生最大化的“蝴蝶球效應(yīng)”。

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

　　資料來(lái)源：央視科教、科普中國(guó)、中國(guó)科普博覽、知乎

　　整理：董小嫻