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(lǐng)先

　　

　　圖源：FIFA

　　被判點球后C羅親吻足球

　　他閉上雙眼，深呼吸

　　然后助跑、果斷起腳

　　皮球勢大力沉直竄對方球門

　　

　　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具有不同的速度以及運動軌跡。

　　那么問題來了，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(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(lián)賽上，科丁在正式比賽中殺出一記速度高達426 公里/小時（約118 m/s）的殺球。這意味著什么？這個記錄中羽毛球的最高速度，比“復(fù)興號”動車組列車最高運行時速（400公里/小時）還要快。

　　

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

　　羽毛球為什么能飛得那么快？原因其實并不復(fù)雜，主要是因為羽毛球比較輕（重量只有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(shù)

　　球體在空中的運動往往只受到空氣阻力和重力的作用，它的速度一般只會逐漸減小（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(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(jù)球場的地形來確定。

　　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(zhí)行阿波羅14號任務(wù)的宇航員艾倫·謝帕德（Alan Shepard）揮動球桿在月球上打起了高爾夫球，從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(xiàn)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(yīng)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，有這么一個數(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。物體在流體中運動時，前后壓力差所帶來的阻力就叫做“形狀阻力”。現(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

　　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。通過流體力學實驗，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才產(chǎn)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

　　無論是從影響力、參與人數(shù)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，那么我們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年南非世界杯決賽階段設(shè)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，生產(chǎn)廠家就宣傳說：這個球只用了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”。空氣動力學家梅塔博士提出，“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幾乎沒有旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致它的飛行軌跡不可預(yù)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(jīng)過縫線時，會產(chǎn)生更多湍流，由于左右不對稱，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：中國科普博覽

　　常規(guī)足球通常將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。常規(guī)足球一般在48公里每小時球速時才會產(chǎn)生最大化的“蝴蝶球效應(yīng)”。

　　而普天同慶足球，由于其總縫線長度很短，導(dǎo)致其成為當時最光滑的足球，經(jīng)過空氣動力學試驗，人們發(fā)現(xiàn)，在80～88公里每小時球速時，普天同慶才會產(chǎn)生最大化的蝴蝶球效應(yīng)，而80公里左右時速恰恰是射門，以及任意球的典型球速。

　　資料來源：央視科教、科普中國、中國科普博覽、知乎

　　整理：董小嫻