羽毛球的物理学

用球拍撞击后羽毛球的计时照片,显示羽毛球方向与其速度之间角度的时间演变。羽毛球在(a)中的初始速度为18.6米/秒,而在(b)中的羽毛球速度为10.4米/秒。图片来源:Cohen,et al。 CC-BY-3.0
    (Phys.org) – 当谈到飞行射弹时,羽毛球羽毛球或小鸟球是不寻常的,因为它会在球拍撞击时翻转,因此它始终以软木塞为主。这种翻转动作源于这样一个事实,即与几乎所有其他运动射弹不同,羽毛球具有圆锥形状,并且因为软木比羽毛密度大,所以非均匀质量。
                                
                                       
         
        
        
        googletag.cmd.push(function(){googletag.display(div-gpt-ad-1449240174198-2);});
        
        
      这些独特的功能激发了多年来对羽毛球轨迹物理学的广泛研究,其中一项最新研究侧重于翻转现象及其对游戏策略的影响。
位于法国的Ecole Polytechnique和ESPCI Paris Tech的物理学家Caroline Cohen等人在最近一期“物理学新杂志”上发表了他们的论文“羽毛球的物理学”。
在一些背景下,科学家们指出,当代羽毛球起源于印度游戏tomfool。羽毛球传统上由种植在软木塞中的16根鹅毛(或塑料网)制成。它被认为是一种轻质且延伸的物体,重量为5克,长度为10厘米,具有非常大的阻力。尽管阻力很大,但羽毛球仍然可以达到超过300英里/小时(137米/秒)的最高速度。
在他们的研究中,物理学家使用高速摄像机录制了羽毛球翻转。对于典型的翻转序列,镜头显示与球拍的接触时间为1毫秒(ms),初始翻转为20毫秒,而羽毛球稳定的振荡时间为80毫秒。当击中强度降低时,这些时间增加。该视频还验证了众所周知的事实,即羽毛球从未进行过360°全转。
科学家还研究了羽毛球几何形状如何通过在水箱中进行自由落体实验来影响其翻转动力学。特别是,他们比较了羽毛裙具有不同开口角度的羽毛球原型。他们发现,开口角度太小或太大都会导致长时间的翻转和稳定时间。毫不奇怪,实际羽毛球的几何形状已根据经验选择,以具有允许它们快速翻转和稳定的中间打开角度。

    
                    
                
            
            
        
        (左)不同类型的镜头和(b)测量所有播放镜头和杀镜的不同镜头的频率。图片来源:Cohen,et al。 CC-BY-3.0
    研究人员还研究了羽毛和塑料羽毛球的轨迹之间的差异。有经验的玩家更喜欢羽毛版,因为他们可以在不退出球场的情况下以更高的速度击球,从而让对手没有时间做出反应。通过在风洞中进行测试,科学家发现羽毛羽毛球比塑料羽毛球更加变形。较大的变形使羽毛羽毛球具有更加三角形的轨迹,有助于它们的吸引力。
                                        
        
        
        
        
        (adsbygoogle = window.adsbygoogle || [])。push({});
        
                                        
了解羽毛球动力学也使研究人员能够提出不同类型中风的分类。他们可以估计每次击球是一次杀戮射门的概率 – 也就是说,对手无法回击的胜利射门。他们的分析显示,以特定动态为特征的镜头更有可能是杀人镜头,而其他动态更适合预备镜头。
许多羽毛球的特征来自于一个特定的特征:它的质心在其压力中心前方约3厘米(类似于质心,压力中心可以被认为是所有压力的点从球拍和空中,可以认为只有一个应用点)。不同的质量和压力中心使羽毛球展现出其独特的稳定空气动力学扭矩和特征性的翻转。
羽毛球飞行的规律也适用于沿其轴线具有非均质质量的其他射弹,如空中导弹和丹德尔

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注