奧運賽場上，球速最快的是什麽(me) 球？

想必認真看了比賽的同學都能回答：羽毛球！

那麽(me) ，減速最快的是什麽(me) 球？

答案還是：羽毛球！

這項運動咋這麽(me) 特殊？我們(men) 一會(hui) 通過三個(ge) 實驗來體(ti) 驗。 

圖片來源：veer圖庫

像“章魚”的羽毛球，也太特別了！

同奧運賽場上其他“球”相比，羽毛球都是完全不同的。我們(men) 首先來看一下羽毛球的結構，可分為(wei) 半圓形的球頭和長長的羽毛，乍一看並不像球，而更像是一隻“章魚”，而這隻“章魚”注定成為(wei) 最特別的球類。 

圖片來源：veer圖庫

羽毛球拍的拍頭是一張緊繃的網，其輕質的長柄結構，有利於(yu) 運動員更好地發力和擊球，尤其是在激烈的“扣殺”過程中可以更猛烈地擊打球頭，使得羽毛球時速可以輕鬆超過300公裏/小時。很多羽毛球選手經常能打出時速400公裏的球，目前在比賽中的球速世界記錄是426公裏/小時，由來自丹麥的男雙選手科丁2017年1月10日在印度羽毛球超級聯賽上創造。

那麽(me) 問題來了，為(wei) 什麽(me) 輕飄飄的羽毛球速度能如此之快？

羽毛球拍相對於(yu) 其他球類的拍子是比較容易發力的，揮拍的時候，角速度非常大。球拍又伸出手臂那麽(me) 長一段距離，所以線速度更快。並且，運動員在擊球時還會(hui) 利用手腕的作用進行強化，而羽毛球又比較輕，所以在擊球的瞬間，羽毛球得到了極高的起始速度。 

中國羽毛球選手鄭思維在扣殺

（圖片來源：東(dong) 京奧運會(hui) 官方網站）

問題又來了，與(yu) 棒球、壘球相比，羽毛球的球場卻不大，總長不過13.4米。如果羽毛球以每秒鍾90米的速度在球場飛馳，那是何等恐怖的現象？但是我們(men) 看羽毛球比賽時，並不會(hui) 覺得球速那麽(me) 快。

實際上，因為(wei) 羽毛球特殊的身材，它也是“減速最快的球”，很多時候隻能留下“半個(ge) 拋物線”的痕跡，便直直落下。這又是為(wei) 何呢？

中國羽毛球選手陳雨菲在救球

（圖片來源：東(dong) 京奧運會(hui) 官方網站）

為(wei) 了讓大家更容易理解羽毛球運動的獨特之處，請大家不妨在腦中想象三個(ge) 實驗。

三個(ge) 實驗，讓你更理解羽毛球

第一個(ge) 實驗：

在太空中建立一個(ge) 羽毛球場地，由兩(liang) 個(ge) 固定在球場上的機器人激烈對打。

在太空中，由於(yu) 處於(yu) 失重和真空狀態，羽毛球在自由飛行過程中會(hui) 保持勻速直線運動，直到一個(ge) 機器人用球拍擊打球頭後改變其運動狀態。我們(men) 可以來想象一下這個(ge) 擊球的過程。

羽毛球的質心（編者注：質量中心簡稱質心，指物質係統上被認為(wei) 質量集中於(yu) 此的一個(ge) 假想點）靠近球頭，在猛力擊打羽毛球時，球頭獲得極高的瞬時速度，羽毛球能夠在百分之二秒之內(nei) 完成掉頭翻身，並保持球頭向前飛行。在這一瞬間，球頭和羽毛部分的速度不一致，會(hui) 導致羽毛球產(chan) 生變形，羽毛會(hui) 向內(nei) 產(chan) 生彎曲，變成一個(ge) “球柱”的形狀，就好比一隻章魚並攏了所有布滿吸盤的觸須。 

圖片來源：veer圖庫

隨著羽毛球向前飛行，羽毛的彈性會(hui) 讓其逐步恢複形狀，又變成原先的“錐形”的形狀，成為(wei) 一隻張牙舞爪的章魚。羽毛球會(hui) 以最大的速度飛行，大小和方向都不變。

時速400公裏的球飛來飛去，可能隻有機器人能接到了，人眼無法看清球的軌跡。

第二個(ge) 實驗：

兩(liang) 個(ge) 機器人在空間站裏對打羽毛球。

在空間站裏，仍然是處於(yu) 失重狀態，與(yu) 太空中不同之處就在於(yu) 空間站中有空氣，羽毛球的運動過程會(hui) 受到空氣的影響。

擊球之後，羽毛球像一隻觸須並攏的章魚，速度極快，但空氣的阻力與(yu) 速度的平方成正比，在空氣的高阻力下羽毛球速度減小，同時氣流的作用會(hui) 讓羽毛球產(chan) 生繞中心軸的旋轉。

然而，更為(wei) 奇妙的是，旋轉以及減速會(hui) 加速羽毛張開的過程，從(cong) 而進一步加快減速的過程，使得羽毛球就像一個(ge) 逐漸張開的降落傘(san) 。因此，對方機器人擊球後，羽毛球會(hui) 處於(yu) 一個(ge) 極快的減速過程。如果空間站足夠大，兩(liang) 個(ge) 機器人距離稍遠一些，這隻羽毛球甚至可能會(hui) 很快停在空中。

第三個(ge) 實驗：

兩(liang) 名運動員在地麵上對打羽毛球。

這時候，重力作用會(hui) 讓這個(ge) 運動變得更加複雜。在太空和空間站中，羽毛球處於(yu) 失重狀態，會(hui) 保持直線運動。而在地麵上，重力會(hui) 使得羽毛球處於(yu) 更為(wei) 複雜的拋體(ti) 運動，其運動軌跡變得更加複雜。

假設運動員擊球後，羽毛球初始方向為(wei) 水平方向。在飛行過程中，羽毛球在水平方向的速度會(hui) 迅速減小,與(yu) 在空間站中運行規律類似；而在豎直方向受重力作用，速度迅速增加，因此羽毛球在運動過程中其速度方向與(yu) 水平方向的夾角會(hui) 越來越大，其運動軌跡會(hui) 迅速偏離水平直到落地。

當運動員向對方後場打出高遠球，當球到達對方上空時，水平方向速度較低，甚至可能造成羽毛球近似垂直地、快速落向地麵。

正是因為(wei) 羽毛球對空氣阻力的高度敏感，格外“弱不禁風”，所以羽毛球比賽場地對風速規定非常高，規定地麵以上9米區域內(nei) 風速不能大於(yu) 0.2米/秒。而在不同海拔高度和氣溫環境下，空氣密度不一樣，使用的球重量也不一樣，海拔和溫度越高用的球越輕。正式比賽中，主辦方會(hui) 在每天開賽前對不同速度的球進行測試，測試選手會(hui) 在球場底線發球至對麵落點測試區，主辦方再依結果選擇用球。

結語

這裏僅(jin) 僅(jin) 是介紹了羽毛球從(cong) 高速運動到減速的過程。而實際上，羽毛球運動除了對力量和速度有要求，還特別講究技巧和戰術的安排，比如比賽中有大量的迷惑對手的假動作。而運動員大量的訓練以及對競爭(zheng) 對手的研究，讓羽毛球比賽充滿了意想不到的變數和眼花繚亂(luan) 的場景。

羽毛球的樂(le) 趣，大家不妨自己去體(ti) 驗吧！ 

圖片來源：veer圖庫 

作者單位：中國科學院力學研究所

本文由科普中國融合創作出品，韓桂來製作，中國科學院計算機網絡信息中心監製，“科普中國”是中國科協攜同社會(hui) 各方利用信息化手段開展科學傳(chuan) 播的科學權威品牌。

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