各种球类运动的最高运动速度(图片来源:Physics of ball sports)
羽毛球真的有那么快吗?羽毛球场地长13.4米,若以400公里/时的球速计算,那它穿过全场仅需约0.12秒,而我们眨一次眼睛约需0.2秒,按道理我们根本看不清球的轨迹。为什么观看球赛的时候,我们看到的羽毛球并没有那么快?
这是因为羽毛球的最快速度只是在球离开球拍的一瞬间,而它的气动阻力非常大,这使它迅速减速。
羽毛球为什么能飞得那么快?是因为它的“屁股”上*16支鹅毛么?
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)。
各种球的尺寸、重量及速度等基本参数(图源:Annu. Rev. Fluid Mech,作者翻译)
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。
高尔夫球和羽毛球的的挥拍动作 (图片来源:Physics of ball sports)
乒乓球的重量更小(2.5g),只有羽毛球的一半,它为什么不是最快的球?
虽然乒乓球和羽毛球的击球方式相似,运动员在手臂、手腕以及球拍的共同作用下进行发力,挥拍产生极大的角速度,但乒乓球球拍的长度过短,它产生的线速度较小,乒乓球球拍提供的力远没有羽毛球球拍大,并且羽毛球拍更容易发力,因此羽毛球往往比乒乓球的速度更高。
羽毛球的英文名叫“badminton”,这是因为现代羽毛球运动的发祥地是英国的伯明顿。此外,它还有一个别名,“shuttle”,意为航天飞机、梭子等,这是因为羽毛球和航天飞机之间存在关联。
太空船一号飞行器(图源:airandspace)
羽毛球开始的速度非常快,但插满羽毛的形状可以使它在空中飞行时保持稳定。羽毛球涉及的空气动力学规律也为航天器“太空船一号”(SpaceShipOne)的研发工程师提供了灵感。
“太空船一号”是一架装有火箭发动机的有翼飞行器(名为“飞船”,实为飞机),它是第一个进入太空的私人投资建造的亚轨道飞行器。这架飞机上设有三个座位并且可以重复使用,价格相对低廉,为普通人实现太空旅行提供了一种潜在的选择。当飞机下降时,两段尾翼可以从水平位置旋转90°,“垂直”地立站在飞机的后方,此时气流会在尾翼上产生较大的阻力,同时保证飞机降落时的稳定性,这和羽毛球上羽毛发挥的作用十分相似。
飞得最远的球——高尔夫球
羽毛球的快仅仅体现在一瞬间,在很多人看来,这似乎有一点“胜之不武”的成分。严格意义上,一次击球过程中的平均速度往往更符合“最快”的标准。由于阻力过大,羽毛球只得名落孙山,而此时拔得头筹的又会是谁呢?