出品：科普中國

　　制作：韓桂來 (中國科學(xué)院力學(xué)研究所)

　　監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心

　　奧運賽場上，球速最快的是什么球？

　　想必認真看了比賽的同學(xué)都能回答：羽毛球！

　　那么，減速最快的是什么球？

　　答案還是：羽毛球！

　　這項運動咋這么特殊？我們一會通過三個實驗來體驗。

　　圖片來源：veer圖庫

　　像“章魚”的羽毛球，也太特別了！

　　同奧運賽場上其他“球”相比，羽毛球是一種完全不同的球。我們首先來看一下羽毛球的結(jié)構(gòu)，可分為半圓形的球頭和長長的羽毛，乍一看并不像球，而更像是一只“章魚”，而這只“章魚”注定成為最特別的球類。

　　羽毛球拍的拍頭是一張緊繃的網(wǎng)，其輕質(zhì)的長柄結(jié)構(gòu)，有利于運動員更好地發(fā)力和擊球，尤其是在激烈的“扣殺”過程中可以更猛烈地擊打球頭，使得羽毛球時速可以輕松超過300公里/小時。很多羽毛球選手經(jīng)常能打出時速400公里的球，目前在比賽中的球速世界記錄是426公里/小時，由來自丹麥的男雙選手科丁2017年1月10日在印度羽毛球超級聯(lián)賽上創(chuàng)造。

　　那么問題來了，為什么輕飄飄的羽毛球速度能如此之快？

　　羽毛球拍相對于其他球類的拍子是比較容易發(fā)力的，揮拍的時候，角速度非常大。球拍又伸出手臂那么長一段距離，所以線速度更快。并且，運動員在擊球時還會利用手腕的作用進行強化，而羽毛球又比較輕，所以在擊球的瞬間，羽毛球得到了極高的起始速度。

　　中國羽毛球選手鄭思維在2020年東京奧運會賽場上扣殺（圖片來源：東京奧運會官方網(wǎng)站）

　　問題又來了，與棒球、壘球相比，羽毛球的球場卻不大，總長不過13.4米。如果羽毛球以每秒鐘90米的速度在球場飛馳，那是何等恐怖的現(xiàn)象？但是我們看羽毛球比賽時，并不會覺得球速那么快。實際上，因為羽毛球特殊的身材，它也是“減速最快的球”，很多時候只能留下“半個拋物線”的痕跡，便直直落下。這又是為何呢？

　　中國羽毛球選手陳雨菲在2020年東京奧運會上賽場上救球（圖片來源：東京奧運會官方網(wǎng)站）

　　為了讓大家更容易理解羽毛球運動的獨特之處，請大家不妨在腦中想象三個實驗。

　　三個實驗，讓你更理解羽毛球

　　第一個實驗：在太空中建立一個羽毛球場地，由兩個固定在球場上的機器人激烈對打。

　　在太空中，由于處于失重和真空狀態(tài)，羽毛球在自由飛行過程中會保持勻速直線運動，直到一個機器人用球拍擊打球頭后改變其運動狀態(tài)。我們可以來臆想一下這個擊球的過程。

　　羽毛球的質(zhì)心（編者注：質(zhì)量中心簡稱質(zhì)心，指物質(zhì)系統(tǒng)上被認為質(zhì)量集中于此的一個假想點）靠近球頭，在猛力擊打羽毛球時，球頭獲得極高的瞬時速度，羽毛球能夠在百分之二秒之內(nèi)完成掉頭翻身，并保持球頭向前飛行。在這一瞬間，球頭和羽毛部分的速度不一致，會導(dǎo)致羽毛球產(chǎn)生變形，羽毛會向內(nèi)產(chǎn)生彎曲，變成一個“球柱”的形狀，就好比一只章魚并攏了所有布滿吸盤的觸須。

　　圖片來源：veer圖庫

　　隨著羽毛球向前飛行，羽毛的彈性會讓其逐步恢復(fù)形狀，又變成原先的“錐形”的形狀，成為一只張牙舞爪的章魚。羽毛球會以最大的速度飛行，大小和方向都不變。

　　時速400公里的球飛來飛去，可能只有機器人能接到了，人眼無法看清球的軌跡。

　　第二個實驗：兩個機器人在空間站里對打羽毛球。

　　在空間站里，仍然是處于失重狀態(tài)，與太空中不同之處就在于空間站中有空氣，羽毛球的運動過程會受到空氣的影響。

　　擊球之后，羽毛球像一只觸須并攏的章魚，速度極快，但空氣的阻力與速度的平方成正比，在空氣的高阻力下羽毛球速度減小，同時氣流的作用會讓羽毛球產(chǎn)生繞中心軸的旋轉(zhuǎn)。

　　然而，更為奇妙的是，旋轉(zhuǎn)以及減速會加速羽毛張開的過程，從而進一步加快減速的過程，使得羽毛球就像一個逐漸張開的降落傘。因此，對方機器人擊球后，羽毛球會處于一個極快的減速過程。如果空間站足夠大，兩個機器人距離稍遠一些，這只羽毛球甚至可能會很快停在空中。

　　第三個實驗：兩名運動員在地面上對打羽毛球。

　　這時候，重力作用會讓這個運動變得更加復(fù)雜。在太空和空間站中，羽毛球處于失重狀態(tài)，會保持直線運動。而在地面上，重力會使得羽毛球處于更為復(fù)雜的拋體運動，其運動軌跡變得更加復(fù)雜。

　　假設(shè)運動員擊球后，羽毛球初始方向為水平方向。在飛行過程中，羽毛球在水平方向的速度會迅速減小,與在空間站中運行規(guī)律類似；而在豎直方向受重力作用，速度迅速增加，因此羽毛球在運動過程中其速度方向與水平方向的夾角會越來越大，其運動軌跡會迅速偏離水平直到落地。

　　當運動員向?qū)Ψ胶髨龃虺龈哌h球，當球到達對方上空時，水平方向速度較低，甚至可能造成羽毛球近似垂直地、快速落向地面。

　　正是因為羽毛球?qū)諝庾枇Φ母叨让舾?，格外“弱不禁風(fēng)”，所以羽毛球比賽場地對風(fēng)速規(guī)定非常高，規(guī)定地面以上9米區(qū)域內(nèi)風(fēng)速不能大于0.2米/秒。而在不同海拔高度和氣溫環(huán)境下，空氣密度不一樣，使用的球重量也不一樣，海拔和溫度越高用的球越輕。正式比賽中，主辦方會在每天開賽前對不同速度的球進行測試，測試選手會在球場底線發(fā)球至對面落點測試區(qū)，主辦方再依結(jié)果選擇用球。

　　結(jié)語

　　這里僅僅介紹了羽毛球從高速運動到減速的過程。而實際上，羽毛球運動除了對力量和速度有要求，還特別講究技巧和戰(zhàn)術(shù)，比如比賽中有大量的迷惑對手的假動作。運動員大量的訓(xùn)練以及對競爭對手的研究，讓羽毛球比賽充滿了意想不到的變數(shù)和眼花繚亂的場景。

　　羽毛球的樂趣，大家不妨自己去體驗吧！

　　圖片來源：veer圖庫

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