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巴黎奧運會進入第三個比賽日
大家都看比賽了嗎？
在這次巴黎奧運會中
中國體育代表團的405名運動員
将參加30個大項
42個分項236個小項的比賽
這麼多比賽中你最期待哪一場？
大家觀看比賽時有沒有想過
在如此多的球類運動中
哪種球球速最快？
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具有不同的速度以及運動軌迹。
那麼問題來了，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，還是快得看不清軌迹的乒乓球？
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 公裡/小時（約118 m/s）的殺球。這意味着什麼？這個記錄中羽毛球的最高速度，比“複興号”動車組列車最高運作時速（400公裡/小時）還要快。
圖源：Physics of ball sports
各種球類運動的最高運動速度
羽毛球為什麼能飛得那麼快？原因其實并不複雜，主要是因為羽毛球比較輕（重量隻有5克），并且球拍足夠長（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，它的速度一般隻會逐漸減小（籃球等例外）。想要獲得最快的運動速度，球體需要在離開運動員接觸的瞬間獲得最大的加速度。相對于網球、足球和其它球體，羽毛球非常輕，是以同等大小的力在它身上則會産生更大的加速度。
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，标準高爾夫球場，一般布置18個球洞，總長度要控制在6002～6400米，球場面積50～75公頃（1公頃=10000平方米），實際大小要根據球場的地形來确定。
不僅如此，高爾夫還走出了地球，成為了首個星際間的球類運動項目。1971年2月6日，執行阿波羅14号任務的宇航員艾倫·謝帕德（Alan Shepard）揮動球杆在月球上打起了高爾夫球，進而使他成為有史以來第一位，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
高爾夫球有一個讓人大跌眼鏡的現象：越是光滑的高爾夫球，越是飛不遠。
我們都認為，球形是最完美的形體，表面越是光滑，則在飛行的過程中，球面與大氣的摩擦就越少，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《奇妙的流體運動科學》一書中，有這麼一個資料：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。物體在流體中運動時，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，其形體阻力最大，原因是其後方的“低壓區”面積最大，第二個球體的低壓區有所減少，直至底部的水滴型，其形狀阻力最小。通過流體力學實驗，人們發現，光滑的與布滿小酒窩的球相比，後者産生的低壓區面積更少。球上的無數小酒窩，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着球體表面延伸到更靠後的位置時才産生分離。
圖檔來自航空航天工程師Jeffrey A. Scott
最受歡迎的球類運動——足球
無論是從影響力、參與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阻力的問題，那麼我們也一起來看看足球縫線對足球軌迹的影響。
普天同慶足球是2010年南非世界杯決賽階段設計的新款足球，也是最近幾屆世界杯中，最飽受批評的一個足球。在它還剛剛面世時，生産廠家就宣傳說：這個球隻用了8塊表皮就将足球拼接完成，完美地包住了内膽，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，決定了出現‘蝴蝶球效應’的最佳臨界速度是多少。”
蝴蝶球軌迹
蝴蝶球指的是球在空中飛行時幾乎沒有旋轉，進而導緻它的飛行軌迹不可預測，守門員很難判斷。蝴蝶球的原理是球表面上有縫線，在飛行過程中，氣流經過縫線時，會産生更多湍流，由于左右不對稱，湍流增加了球側面的偏轉力。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
正常足球通常将32塊球面通過縫線拼合而成，縫線的總長度以及縫線的深度決定了足球的光滑度，縫線越多越粗糙。正常足球一般在48公裡每小時球速時才會産生最大化的“蝴蝶球效應”。
而普天同慶足球，由于其總縫線長度很短，導緻其成為當時最光滑的足球，經過空氣動力學試驗，人們發現，在80～88公裡每小時球速時，普天同慶才會産生最大化的蝴蝶球效應，而80公裡左右時速恰恰是射門，以及任意球的典型球速。
END