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近日，在世界杯比賽中

葡萄牙隊3比2險勝加納隊

下半場，C羅通過點球

幫助葡萄牙隊取得領先

圖源：FIFA

被判點球後C羅親(qin) 吻足球

他閉上雙眼，深呼吸

然後助跑、果斷起腳

皮球勢大力沉直竄對方球門

圖源：新華社

C羅也成為(wei) 曆史首位

連續五屆世界杯取得進球的球員

大家觀看比賽時有沒有想過

在如此多的球類運動中

足球的球速是最快嗎？

哪種球飛得最遠？

球速之“王”竟然是它？

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

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

圖源：攝圖網

答案其實是外形最不像球的羽毛球。

目前吉尼斯官方認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賽上，科丁在正式比賽中殺出一記速度高達426 公裏/小時（約118 m/s）的殺球。這意味著什麽(me) ？這個(ge) 記錄中羽毛球的最高速度，比“複興(xing) 號”動車組列車最高運行時速（400公裏/小時）還要快。

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

羽毛球為(wei) 什麽(me) 能飛得那麽(me) 快？原因其實並不複雜，主要是因為(wei) 羽毛球比較輕（重量隻有5克），並且球拍足夠長（不超過680mm）。

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

球體(ti) 在空中的運動往往隻受到空氣阻力和重力的作用，它的速度一般隻會(hui) 逐漸減小（籃球等例外）。想要獲得最快的運動速度，球體(ti) 需要在離開運動員接觸的瞬間獲得最大的加速度。相對於(yu) 網球、足球和其它球體(ti) ，羽毛球非常輕，因此同等大小的力在它身上則會(hui) 產(chan) 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作

最能“飛”的球——高爾夫球

高爾夫球是飛得最遠的球，單次擊球可以移動200米以上，標準高爾夫球場，一般布置18個(ge) 球洞，總長度要控製在6002～6400米，球場麵積50～75公頃（1公頃=10000平方米），實際大小要根據球場的地形來確定。

不僅(jin) 如此，高爾夫還走出了地球，成為(wei) 了首個(ge) 星際間的球類運動項目。1971年2月6日，執行阿波羅14號任務的宇航員艾倫(lun) ·謝帕德（Alan Shepard）揮動球杆在月球上打起了高爾夫球，從(cong) 而使他成為(wei) 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。

圖源：NASA 正在月球打高爾夫球的宇航員艾倫(lun)

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

我們(men) 都認為(wei) ，球形是最完美的形體(ti) ，表麵越是光滑，則在飛行的過程中，球麵與(yu) 大氣的摩擦就越少，同等用力的情況下，理應飛得越遠。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(ti) 運動科學》一書(shu) 中，有這麽(me) 一個(ge) 數據：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隻有光滑球的一半，而飛行距離是光滑球的5倍。物體(ti) 在流體(ti) 中運動時，前後壓力差所帶來的阻力就叫做“形狀阻力”。現代核潛艇使用“水滴型”外形就是為(wei) 了減少形狀阻力。

圖源：科普中國

如上圖，頂部的垂直豎版，其形體(ti) 阻力最大，原因是其後方的“低壓區”麵積最大，第二個(ge) 球體(ti) 的低壓區有所減少，直至底部的水滴型，其形狀阻力最小。通過流體(ti) 力學實驗，人們(men) 發現，光滑的與(yu) 布滿小酒窩的球相比，後者產(chan) 生的低壓區麵積更少。球上的無數小酒窩，它可以起到讓空氣緊貼球麵的作用，這使得平滑的氣流能順著球體(ti) 表麵延伸到更靠後的位置時才產(chan) 生分離。

圖片來自航空航天工程師Jeffrey A. Scott

最受歡迎的球類運動——足球

無論是從(cong) 影響力、參與(yu) 人數還是賽事熱度來看，足球都是當之無愧的世界第一運動。不過今天既然講到球速和形體(ti) 阻力的問題，那麽(me) 我們(men) 也一起來看看足球縫線對足球軌跡的影響。

圖源：百度百科

普天同慶足球是2010年南非世界杯決(jue) 賽階段設計的新款足球，也是最近幾屆世界杯中，最飽受批評的一個(ge) 足球。在它還剛剛麵世時，生產(chan) 廠家就宣傳(chuan) 說：這個(ge) 球隻用了8塊表皮就將足球拚接完成，完美地包住了內(nei) 膽，這是史上最圓的足球。

然而，這顆球卻是守門員的“噩夢”。空氣動力學家梅塔博士提出，“粗糙度的大小，決(jue) 定了出現‘蝴蝶球效應’的最佳臨(lin) 界速度是多少。”

蝴蝶球軌跡

蝴蝶球指的是球在空中飛行時幾乎沒有旋轉，從(cong) 而導致它的飛行軌跡不可預測，守門員很難判斷。蝴蝶球的原理是球表麵上有縫線，在飛行過程中，氣流經過縫線時，會(hui) 產(chan) 生更多湍流，由於(yu) 左右不對稱，湍流增加了球側(ce) 麵的偏轉力。尾流左右搖擺，飛行飄忽不定，如飛舞蝴蝶。

圖源：中國科普博覽

常規足球通常將32塊球麵通過縫線拚合而成，縫線的總長度以及縫線的深度決(jue) 定了足球的光滑度，縫線越多越粗糙。常規足球一般在48公裏每小時球速時才會(hui) 產(chan) 生最大化的“蝴蝶球效應”。

而普天同慶足球，由於(yu) 其總縫線長度很短，導致其成為(wei) 當時最光滑的足球，經過空氣動力學試驗，人們(men) 發現，在80～88公裏每小時球速時，普天同慶才會(hui) 產(chan) 生最大化的蝴蝶球效應，而80公裏左右時速恰恰是射門，以及任意球的典型球速。

END

資料來源：央視科教、科普中國

中國科普博覽、知乎

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