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。
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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
【网络中国节·诗画节气】小寒:莫怪严凝切,春冬正月交******
【网络中国节·诗画节气】
小寒:莫怪严凝切,春冬正月交
作者:侯楠楠
小寒是二十四节气中倒数第二个节气。《月令七十二候集解》中记载:“十二月节,月初寒尚小,故云。月半则大矣。”也就是说,小寒之“小”的意思是天气寒冷,但还没有冷到极点。小寒三候为“雁北乡,鹊始巢,雉始雊”,因为感受到阳气生发,大雁开始向北迁移,喜鹊开始筑巢,为繁衍做准备(快过年了,但此处没有催婚的意思),“雊”意为野鸡鸣叫,此时,野鸡也感受到阳气萌动开始鸣叫。“禽鸟得气之先”,古人认为禽鸟在感知时节变化方面独具天赋,在二十四节气中,小寒和白露是完全以鸟类作为物候标识的。
(点击图片观看动态海报)
《敦煌二十四节气》原画出自《不可思议的敦煌·与万物共生长》创作展——最佳创作团队奖「豆荚创意」小朋友们的集体创作。动画制作:满晨
进入小寒一般就进入了腊月,临近过年,人们开始忙着写春联、剪窗花,采购年画、鞭炮等各类年货,为即将到来的春节作准备。此时,北方地区的河水已经冻得足够结实,人们开始在冰面上嬉戏玩乐,古时称为“冰戏”,《宋史》中就有“故事斋宿,幸后苑,作冰戏”的记载。除此之外,有的地方还有进行“腊祭”的习俗,祭祀祖先和众神,祈求来年农作物丰收。
“三九补一冬,来年无病痛”,冬季要进补,而小寒时节尤为重要。除了在冬季出场率最高的羊肉,江苏一些地方会在小寒时煮菜饭吃,用“矮脚黄”(小白菜的一个品种)与咸肉片、香肠或是板鸭搭配,加上生姜粒与糯米一起煮,广东地区的糯米饭也与之相似。天津地区则有吃黄芽菜的习俗,黄芽菜即白菜芽,冬至后将白菜割去茎叶,只留菜心,覆盖勿透气,半月后取食,为冬日蔬菜不足的餐桌增添了脆爽之味。
俗话说,“小寒大寒,冻成一团”,小寒和大寒时期,基本上是一年中最冷的时候。不过,小寒之“小”,真的意味着还不够冷吗?民间常说“冷在三九”,而“三九”基本上处于小寒节气内。我们之前辨析过大暑和小暑哪个节气更热,同样地,根据气象资料可以看到,只有少数年份的大寒气温低于小寒,因此,在寒冷这方面,“小寒胜大寒,常见不稀罕”,小寒是当之无愧的内卷王。
除了“真冷”以外,我们该如何优雅地表达寒冷?杜甫说“霜严衣带断,指直不得结”,天气太冷,手指冻得僵直,连断了的衣带都不能系上;李白说“素手抽针冷,那堪把剪刀”,做针线时,连抽针都冷,更别说拿剪刀去裁衣服了;孟郊说“百泉冻皆咽,我吟寒更切”,因为天冷,连泉水流动地声音都像是在哽咽,更别说人了;陶渊明说“凄凄岁暮风,翳翳经日雪”,一整天又刮风又下雪,冷不冷就不用说了吧?
天气虽冷,但古人认为,只有小寒、大寒“冻透了”,来年开春之后才能顺利回暖。民谚说“小寒寒,惊蛰暖。小寒暖,倒春寒。小寒不寒,清明泥潭。小寒大寒大日头,来年开春冻死牛”,就是通过小寒大寒的气温来判断来年的天气,甚至还可以通过小寒大寒时的降水情况观测小暑大暑的旱涝,“小寒大寒不下雪,小暑大暑田开裂”,就是说,小寒大寒如果不下雪,小暑大暑时节就会干旱。小寒时节,北方大部分地区已经没有太多的农活,主要任务是做好畜舍保暖、窖藏、造肥积肥等工作,正如农谚所说“小寒时处二三九,天寒地冻北风吼。窖坑栏舍要防寒,瓜菜薯窖严封口”;另外就是要防止积雪冻雨压断竹林果木,适时果树进行冬剪。
不过,小寒时节也不尽是萧索之景。南北朝时期《荆楚岁时记》中记载“始梅花,终楝花,凡二十四番花信风”,二十四番花信风,就始于小寒时的梅花。文人墨客都爱赏梅,喜欢其迎寒绽放的特点并将其视为值得赞颂的高洁品格。王安石咏梅,说“遥知不是雪,为有暗香来”;王冕咏梅,说“不要人夸好颜色,只留清气满乾坤”;崔道融咏梅,说“朔风如解意,容易莫摧残”,这是把梅花当主角写的。宋朝诗人杜耒请朋友到家里围炉煮茶,把梅花当作气氛组,说“寻常一样窗前月,才有梅花便不同”,十分风雅;不过,最有名的还是“踏雪寻梅”的男主孟浩然,“园中有早梅,年例犯寒开”,踏雪寻梅是孟浩然的行为艺术,他为了找创作灵感,骑着驴去追寻梅花的踪迹。其实大家想一想这个场景,一个大男人骑着驴去找梅花,似乎并没有那么唯美。但对于诗人来说,灵感乍现的时刻总是可遇不可求,踏雪寻梅的意境自此为人津津乐道,孟浩然也没想到,找灵感的他成了后来很多人的艺术创作灵感。
“莫怪严凝切,春冬正月交”,梅花的盛开是小寒带来的希望,严冬进入倒计时,时光如梭,春归有期。
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(文图:赵筱尘 巫邓炎)