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。
END
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
非遗迎春添年味儿******
【新春走基层】
光明日报记者 王笑妃
春节前夕,北京市杨梅竹斜街的一处非遗传习馆中,修女士正在欣赏自己绘制的金丝珐琅画:一只洁白圆润的萌兔正眯着眼睛,趴在一弯黄澄澄的月亮上酣睡。凑近端详,可见颜料的颗粒感,像把宝石碾碎,流光溢彩,熠熠生辉。“腊月里,来体验非遗手工迎兔年,感觉年味儿更足了。”修女士说。
伴随着蝈蝈热烈欢快的鸣叫声,修女士和同事体验了掐丝珐琅工艺中的“点蓝”一步。桌上摆着瓷蓝、珊红、松绿等用矿物制成的釉料颗粒,修女士用蓝管轻轻拾取釉料,一点点填入金丝间的缝隙,再拿蓝铲蘸水轻揉,让颜色自然晕染过渡。“看老师示范觉得简单,自己上手才发现‘点蓝’想要出彩,其中分寸、轻重的把握还是很考验技术的。下次我还要带朋友来,一起从‘掐丝’开始体验。”修女士兴致勃勃地说。
非遗传习馆的创始人郭巍,是金丝珐琅画非遗传承人,他希望以活态传承的方式,让跨越元明清三代、传承六百余年的掐丝珐琅工艺,在新时代绽放出独特光彩。“在博物馆隔着玻璃罩欣赏非遗工艺品,还不能完全展现它的魅力,只有让人们亲自动手体验制作过程,才能拉近它与百姓的距离,让人明白其中的韵味和妙处。”为了便于大众学习体验,郭巍提取了景泰蓝制作技艺中“掐丝”与“点蓝”的精髓,创新成金丝珐琅画的形式,省去了烧蓝、打磨、鎏金等纷繁复杂的操作工序。
为了让掐丝珐琅工艺从宫廷御用“飞入寻常百姓家”,郭巍将金丝珐琅画与人们生活日用的车载香薰、餐具装饰、化妆镜等结合,设计成别致的文创产品。和修女士一同来体验的李女士,选择在杯盖上绘制一朵亭亭玉立的芙蕖,“以后我打算在单位里每天用这个杯盖,这样就感觉非遗一下融入了我的生活”。
郭巍还尝试用金丝珐琅画的形式表现油画、卡通、插画等不同风格的绘画,以贴近现代人的审美。传习馆的墙上,挂满了一幅幅以细薄金丝掐制成各种花纹,再填进珐琅釉的瑰丽画作,有传统题材如九色神鹿、五福捧寿图,也有栩栩如生的雪豹、憨态可掬的卡通熊猫。
每年春节,郭巍都会以当年生肖为主题设计金丝珐琅画的图案。去年,他对瓦当形象中的“虎”进行二次创作,为虎加上三只翅膀,象征“如虎添翼”,数量则对应着天地人三才。今年兔年,他既为学员们准备了来自敦煌藻井中和谐典雅的“三兔共耳”图案,也准备了许多可爱的卡通兔子形象。郭巍介绍,春节前后,也有客人选择绘制春日的花卉来讨个彩头,如象征“和和美美”的荷花或寓意“玉堂富贵”的玉兰花。
记者注意到,传习馆的窗边摆放着许多玲珑可爱又喜庆的杯盖,有的上面绘有在圆滚滚身子上长着翅膀的“小仙兔”,有的在红底上以金色描出融合祥云图案的“福”字,有的绘有结着白霜的火红柿子。郭巍介绍,这是前几天一群放寒假的小学生来给家人制作的新年礼物。
在杨梅竹斜街,许多店铺已经贴上了红底墨书的福字和春联,端庄优雅的“古典”仙兔、灵动讨喜的“卡通”萌兔等非遗文创也被摆上了橱窗。在这里,人们可以体验制作老北京兔儿爷、毛猴,以及修复古陶瓷的“锔瓷”“金缮”工艺等非遗手工艺,过一个有浓浓年味的春节。
《光明日报》( 2023年01月11日 03版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)