奧運(yùn)賽場(chǎng)上，球速最快的是什么球？

想必認(rèn)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(xiàng)運(yùn)動(dòng)咋這么特殊？我們一會(huì)通過三個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)體驗(yàn)。?

圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)

像“章魚”的羽毛球，也太特別了！

同奧運(yùn)賽場(chǎng)上其他“球”相比，羽毛球都是完全不同的。我們首先來(lái)看一下羽毛球的結(jié)構(gòu)，可分為半圓形的球頭和長(zhǎng)長(zhǎng)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。?

圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)

羽毛球拍的拍頭是一張緊繃的網(wǎng)，其輕質(zhì)的長(zhǎng)柄結(jié)構(gòu)，有利于運(yùn)動(dòng)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?fù)舸蚯蝾^，使得羽毛球時(shí)速可以輕松超過300公里/小時(shí)。很多羽毛球選手經(jīng)常能打出時(shí)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(shí)，由來(lái)自丹麥的男雙選手科丁2017年1月10日在印度羽毛球超級(jí)聯(lián)賽上創(chuàng)造。

那么問題來(lái)了，為什么輕飄飄的羽毛球速度能如此之快？

羽毛球拍相對(duì)于其他球類的拍子是比較容易發(fā)力的，揮拍的時(shí)候，角速度非常大。球拍又伸出手臂那么長(zhǎng)一段距離，所以線速度更快。并且，運(yùn)動(dòng)員在擊球時(shí)還會(huì)利用手腕的作用進(jìn)行強(qiáng)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(guó)羽毛球選手鄭思維在扣殺

（圖片來(lái)源：東京奧運(yùn)會(huì)官方網(wǎng)站）

問題又來(lái)了，與棒球、壘球相比，羽毛球的球場(chǎng)卻不大，總長(zhǎng)不過13.4米。如果羽毛球以每秒鐘90米的速度在球場(chǎng)飛馳，那是何等恐怖的現(xiàn)象？但是我們看羽毛球比賽時(shí)，并不會(huì)覺得球速那么快。

實(shí)際上，因?yàn)橛鹈蛱厥獾纳聿?，它也是“減速最快的球”，很多時(shí)候只能留下“半個(gè)拋物線”的痕跡，便直直落下。這又是為何呢？

中國(guó)羽毛球選手陳雨菲在救球

（圖片來(lái)源：東京奧運(yùn)會(huì)官方網(wǎng)站）

為了讓大家更容易理解羽毛球運(yùn)動(dòng)的獨(dú)特之處，請(qǐng)大家不妨在腦中想象三個(gè)實(shí)驗(yàn)。

三個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓你更理解羽毛球

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：

在太空中建立一個(gè)羽毛球場(chǎng)地，由兩個(gè)固定在球場(chǎng)上的機(jī)器人激烈對(duì)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(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，直到一個(gè)機(jī)器人用球拍擊打球頭后改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。我們可以來(lái)想象一下這個(gè)擊球的過程。

羽毛球的質(zhì)心（編者注：質(zhì)量中心簡(jiǎn)稱質(zhì)心，指物質(zhì)系統(tǒng)上被認(rèn)為質(zhì)量集中于此的一個(gè)假想點(diǎn)）靠近球頭，在猛力擊打羽毛球時(shí)，球頭獲得極高的瞬時(shí)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(huì)導(dǎo)致羽毛球產(chǎn)生變形，羽毛會(huì)向內(nèi)產(chǎn)生彎曲，變成一個(gè)“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(lái)源：veer圖庫(kù)

隨著羽毛球向前飛行，羽毛的彈性會(huì)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(huì)以最大的速度飛行，大小和方向都不變。

時(shí)速400公里的球飛來(lái)飛去，可能只有機(jī)器人能接到了，人眼無(wú)法看清球的軌跡。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)：

兩個(gè)機(jī)器人在空間站里對(duì)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(yùn)動(dòng)過程會(huì)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(shí)氣流的作用會(huì)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(huì)加速羽毛張開的過程，從而進(jìn)一步加快減速的過程，使得羽毛球就像一個(gè)逐漸張開的降落傘。因此，對(duì)方機(jī)器人擊球后，羽毛球會(huì)處于一個(gè)極快的減速過程。如果空間站足夠大，兩個(gè)機(jī)器人距離稍遠(yuǎn)一些，這只羽毛球甚至可能會(huì)很快停在空中。

第三個(gè)實(shí)驗(yàn)：

兩名運(yùn)動(dòng)員在地面上對(duì)打羽毛球。

這時(shí)候，重力作用會(huì)讓這個(gè)運(yùn)動(dòng)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(huì)保持直線運(yùn)動(dòng)。而在地面上，重力會(huì)使得羽毛球處于更為復(fù)雜的拋體運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡變得更加復(fù)雜。

假設(shè)運(yùn)動(dòng)員擊球后，羽毛球初始方向?yàn)樗椒较?。在飛行過程中，羽毛球在水平方向的速度會(huì)迅速減小,與在空間站中運(yùn)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(yùn)動(dòng)過程中其速度方向與水平方向的夾角會(huì)越來(lái)越大，其運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)迅速偏離水平直到落地。

當(dāng)運(yùn)動(dòng)員向?qū)Ψ胶髨?chǎng)打出高遠(yuǎn)球，當(dāng)球到達(dá)對(duì)方上空時(shí)，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?yàn)橛鹈驅(qū)諝庾枇Φ母叨让舾校裢狻叭醪唤L(fēng)”，所以羽毛球比賽場(chǎng)地對(duì)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(huì)在每天開賽前對(duì)不同速度的球進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試選手會(huì)在球場(chǎng)底線發(fā)球至對(duì)面落點(diǎn)測(cè)試區(qū)，主辦方再依結(jié)果選擇用球。

結(jié)語(yǔ)

這里僅僅是介紹了羽毛球從高速運(yùn)動(dòng)到減速的過程。而實(shí)際上，羽毛球運(yùn)動(dòng)除了對(duì)力量和速度有要求，還特別講究技巧和戰(zhàn)術(shù)的安排，比如比賽中有大量的迷惑對(duì)手的假動(dòng)作。而運(yùn)動(dòng)員大量的訓(xùn)練以及對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(chǎng)景。

羽毛球的樂趣，大家不妨自己去體驗(yàn)吧！?

圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)?

作者單位：中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所

本文由科普中國(guó)融合創(chuàng)作出品，韓桂來(lái)制作，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心監(jiān)制，“科普中國(guó)”是中國(guó)科協(xié)攜同社會(huì)各方利用信息化手段開展科學(xué)傳播的科學(xué)權(quán)威品牌。

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