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足球越光滑飛得越遠(yuǎn)?這樣的足球才是守門(mén)員的噩夢(mèng)

2018-06-22 10:26:53  環(huán)球科學(xué)ScientificAmerican    參與評(píng)論()人

現(xiàn)在出售的高爾夫球,其表面大約有250-450個(gè)“小酒窩”,最高紀(jì)錄是在一個(gè)球上有1070個(gè)小酒窩。

任教于浙江大學(xué)38年的毛根海教授,其在所著的書(shū)《奇妙的流體運(yùn)動(dòng)科學(xué)》一書(shū)中,有這么一個(gè)數(shù)據(jù):

同等條件下,布滿(mǎn)小酒窩的高爾夫球,它在飛行中所受到的阻力只有光滑球的一半,而飛行距離是光滑球的5倍。

問(wèn)題來(lái)了,為什么粗糙球比光滑球飛得更遠(yuǎn)?原因很簡(jiǎn)單,先來(lái)看一個(gè)例子。

1968年,阿波羅8號(hào)飛船返回地球大氣層時(shí)示意圖(圖片來(lái)自NASA)

1968年,阿波羅8號(hào)飛船返回地球大氣層時(shí)示意圖(圖片來(lái)自NASA)

如上圖,飛船在返回地球大氣層時(shí),由于速度極高,飛船前方與大氣劇烈沖撞,壓力極高,反過(guò)來(lái)呢,后方的空間,壓力很小,這是因?yàn)轱w船高速下落時(shí)會(huì)排開(kāi)空氣,后方空氣少了,壓力當(dāng)然就小了。而后方壓力小會(huì)產(chǎn)生一種抽吸的力。

物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí),前后壓力差所帶來(lái)的阻力就叫做“形狀阻力”。

現(xiàn)代核潛艇為什么全使用“水滴型”外形?這也是為了減少形狀阻力。

在《核潛艇在哪兒跑得更快?深海還是水面?很多人之前都錯(cuò)了》一文中,我們探討了潛艇多使用“水滴型”外形的成因。

足球越光滑飛得越遠(yuǎn)?這樣的足球才是守門(mén)員的噩夢(mèng)

如上圖,頂部的垂直豎版,其形體阻力最大,原因是其后方的“低壓區(qū)”面積最大,第二個(gè)球體的低壓區(qū)有所減少,直至底部的水滴型,其形狀阻力最小。

也就是說(shuō),相同條件下,要想減少阻力,一個(gè)最有效的是:想辦法減少其后方的低壓區(qū)面積。

但高爾夫球總不能像核潛艇一樣,也做成水滴型,怎么辦?通過(guò)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn),人們發(fā)現(xiàn),光滑的與布滿(mǎn)小酒窩的球相比,后者產(chǎn)生的低壓區(qū)面積更少。

圖片來(lái)自航空航天工程師Jeffrey A。 Scott。

圖片來(lái)自航空航天工程師Jeffrey A。 Scott。

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