羽毛球羽毛的排列方向,羽毛球飞行方向图解

首页 > 体育 > 作者:YD1662023-06-06 00:19:59

图2 两种情况下夹角的演化示意 | 图片源自文献[1]

可见,经历了0.1-0.15s的时间,羽毛球看上去就已经是球头朝前的姿态了,因此除了一些特殊的击球情况,我们难以用肉眼捕捉到羽毛球击球后迅速翻转调整的过程。那么。羽毛球的这一翻转行为与其自身的结构有什么关联么?

羽毛球羽毛的排列方向,羽毛球飞行方向图解(5)

图3 行进时羽毛球的受力分析 | 图片源自文献[1]

答案是有的。羽毛球由软木材质的球头以及用鹅毛/鸭毛或塑料等材质制成的裙状结构组成,其中球头较重而裙状结构截面积较大。我们不妨把这一特征抽象为如图中B和C标识的质量大、截面积大的裙状区域以及质量小、截面积小的球头区域。

在飞行时,假定球头方向与速度方向并不一致,有一个夹角φ,则作用在B和C上的空气阻力就会分别产生一个以质心G为参考点的力矩。一方面裙状结构的截面积大,空气阻力F更大,另一方面BG相比GC更长,因此球必然会围绕质心逆时针旋转,直至球头指向速度方向

羽毛球羽毛的排列方向,羽毛球飞行方向图解(6)

图4 羽毛球形状示意 | 图片源自文献[1]

如果上面的重量分布是很容易就能想到的,那么关于羽毛球为何选择接近45°的张角可能很少有人思考过。其实这是与羽毛球能否经历翻转更快达到稳定息息相关的。曾有学者用小铁球和塑料材质的裙状结构复刻了羽毛球的形状和质量分布特征,在水中以裙状结构朝下的方式自由释放,让其在下沉过程中翻转,下图显示了其张角是如何影响翻转和稳定时间的

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图5 张角如何影响翻转及稳定时间 | 图片源自文献[1]

可见,张角过小和过大都不利于翻转的稳定,而从30°到90°的范围会经历一个稳定较快的平台区。显然,羽毛球的张角正是落在这个区域内。

Part 2:羽毛球的飞行轨迹

与网球不同,羽毛球由于其球本身质量较轻,飞行时受空气阻力影响较大,所以其飞行轨迹严重偏离抛物线的形状。一般来讲,羽毛球飞行遵循的运动方程可以写作

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