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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。

　　END

　　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

挑战桥梁建设难关的“巾帼英雄”——记贵州公路集团总工程师张胜林******

　　【劳动者风采】

　　光明日报记者 吕慎 陈冠合

　　很难想象，一位看似柔弱的女子常年跋涉在人迹罕至的山川峡谷间，指挥建造起一座座巨大的桥梁。贵州公路集团总工程师张胜林就是这样一位巾帼英雄，她怀着改变家乡面貌的初心和使命，风雨无阻，矢志不渝，足迹遍布黔山贵水。

　　生在贵州的张胜林从小就对家乡千沟万壑、交通闭塞有着刻骨铭心的记忆，梦想着有一天能飞出大山。高考时，本来想学生物工程的她却被北京工业大学交通工程专业录取，从此就跟钢筋水泥打起了交道。

　　20世纪90年代初，正值北京城市交通蓬勃发展的时期，张胜林经常跟着老师和专家来到立交桥的施工现场，巨型的机械、构件，让她大开眼界。“那时我就爱上了造桥这项工作，迫不及待想把学到的知识用到家乡的建设中！”

　　1993年，刚毕业的张胜林作为一线技术员，参与了贵州省瓮安县江界河大桥建设。第一次去现场，为了寻找最佳的设备安装位置，她徒手爬上高梯，任务完成了，腿还在颤抖。

　　彼时，技术人员少之又少，张胜林一个人承担了项目测量、质检等多项工作。从底模制作、施工放样到安装模板、绑扎钢筋，再到浇筑混凝土、构件安装，每个工艺工序，她都在场。

　　大桥建成，张胜林坐在山岭高处，望着桥上的汽车和行人，幸福感让她忘却了时间，一坐就是几小时……江界河大桥就这样开启了她的梦想之门。

　　建设重庆江津观音岩长江大桥时，由于长江水流湍急，大吨位浮吊无法到达桥位区。她连续熬夜几十天，写下了一本密密麻麻的技术手册，创造出“门式浮吊拼装钢围堰施工工法”，不仅在长江上创造了一个枯水期完成深水基础施工的新纪录，还为该项目节约资金1158万元。

　　建设广州新光大桥时，没有可借鉴的资料，经过艰苦思索、反复试验，张胜林提出了一项新工艺——“拱肋大节段提升安装技术”，对推动行业吊装技术进步具有重大意义，该桥也获得了“詹天佑奖”和“鲁班奖”。

　　“赶上贵州交通发展的大好时机，我是幸运的。”张胜林说，党的十八大以来，在脱贫攻坚伟大事业的带动下，贵州高速公路、高速铁路建设进入了前所未有的繁荣期。

　　“我们贵州的造桥人都有创新基因，因为这里的每一座桥梁都像一件独一无二的艺术品。不仅外观造型不一样，更重要的是桥位区地形地质条件千差万别，设计施工都得拿出与众不同的方案。”

　　贵州大小井特大桥是世界最大跨径的上承式钢管混凝土拱桥，桥台所在山坡峰顶与河底相对高差约250米。张胜林带领团队运用大数据技术，实时数据远程自动传输、存储和报警，实现了塔架自动纠偏和索力自平衡。

　　在建设世界第一混凝土塔高的三塔斜拉桥——贵州平塘特大桥这一世界级工程建设及技术研究中，她组织研发了缆吊与扣挂自动化控制系统，实现了桥梁缆吊和扣挂施工智慧化和精细化施工，平塘特大桥也荣获第38届国际桥梁大会（IBC）古斯塔夫斯·林德撒尔奖。

　　30年来，张胜林参与和主持建造的大小桥梁不计其数，获得两项国家级工法、5项发明专利。她先后被评为全国劳动模范、全国三八红旗手、十大桥梁人物，被誉为“桥梁艺术家”“桥梁女神”“最美造桥人”。

　　“困难只能吓倒懦夫懒汉，而胜利永远属于敢于攀登科学高峰的人。”张胜林说，“每当遇到困难时我总用茅以升先生这句话激励自己，新时代呼唤无数迎难而上的科技工作者，我愿意成为其中一员。”

　　《光明日报》（ 2023年01月05日 04版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）