出品：科普中國

制作：城明辰

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

乒乓乒乓，你來我往之間，較量升級；

跳起、揮拍，球在力量與智慧的擊打中穿梭；

追逐、超越，球跟著腳，在球場奔跑……

球類運動是奧運會不可或缺的部分，更是奧運賽場上不可忽視的精彩。

2020年東京奧運會共設(shè)33個大項，339個小項比賽，其中有13種球類運動，包括足球、籃球、排球、乒乓球、羽毛球、網(wǎng)球、橄欖球、水球、棒球、壘球、高爾夫球、曲棍球和手球。在冬季奧運會中，冰球也是常規(guī)項目。

所有球類運動無非是用手、腳、球棒或球拍擊打球。球的尺寸、形狀和重量差異使得它們具有不同的速度以及運動軌跡。

那么問題來了，在這些球類運動中，速度最快的是哪種球？是令人熱血沸騰的足球，是揮汗如雨的網(wǎng)球，還是快得看不清軌跡的乒乓球？

答案其實是，外形一點也不像球的羽毛球。

奧運場上速度最快的球，為什么是羽毛球?

事實上，這早已不是運動場上的秘密。2013年7月，馬來西亞運動員陳文宏與隊友李宗偉受邀參加某公司的新球拍速度測試賽，陳文宏以493公里/小時（將近137米/秒）的速度創(chuàng)造了世界記錄。不過由于這是在實驗室測試時的球速，不是在真實的比賽中，因此該記錄并未得到吉尼斯世界紀(jì)錄官方的認(rèn)可。

△雖然沒有得到吉尼斯世界紀(jì)錄官方的認(rèn)可，很多人還是認(rèn)為陳文宏創(chuàng)造了吉尼斯記錄 (圖片來源：http://www.karizmasport.si)

目前吉尼斯官方認(rèn)可的最快的羽毛球記錄來自丹麥選手科丁，2017年1月10日，在印度羽毛球超級聯(lián)賽上，科丁在正式比賽中殺出一記速度高達426 公里/小時（約118 m/s）的殺球。而這兩個記錄中，羽毛球的最高速度比“復(fù)興號”動車組列車的最高運行時速（400公里/小時）要快。

羽毛球真的有那么快嗎？羽毛球場地長13.4米，若以400公里/時的球速計算，那它穿過全場僅需約0.12秒，而我們眨一次眼睛約需0.2秒，按道理我們根本看不清球的軌跡。為什么觀看球賽的時候，我們看到的羽毛球并沒有那么快？

這是因為羽毛球的最快速度只是在球離開球拍的一瞬間，而它的氣動阻力非常大，這使它迅速減速。

羽毛球為什么能飛得那么快？是因為它的“屁股”上插了16支鵝毛么？

原因其實并不復(fù)雜，主要是因為羽毛球比較輕（重量只有5克），并且球拍足夠長（不超過680mm）。

球體在空中的運動往往只受到空氣阻力和重力的作用，它的速度一般只會逐漸減?。ɑ@球等例外）。想要獲得最快的運動速度，球體需要在離開運動員接觸的瞬間獲得最大的加速度。相對于網(wǎng)球、足球和其它球體，羽毛球非常輕，因此同等大小的力在它身上則會產(chǎn)生更大的加速度。

乒乓球的重量更?。?.5g），只有羽毛球的一半，它為什么不是最快的球？

雖然乒乓球和羽毛球的擊球方式相似，運動員在手臂、手腕以及球拍的共同作用下進行發(fā)力，揮拍產(chǎn)生極大的角速度，但乒乓球球拍的長度過短，它產(chǎn)生的線速度較小，乒乓球球拍提供的力遠沒有羽毛球球拍大，并且羽毛球拍更容易發(fā)力，因此羽毛球往往比乒乓球的速度更高。

羽毛球的英文名叫“badminton”，這是因為現(xiàn)代羽毛球運動的發(fā)祥地是英國的伯明頓。此外，它還有一個別名，“shuttle”，意為航天飛機、梭子等，這是因為羽毛球和航天飛機之間存在關(guān)聯(lián)。

羽毛球開始的速度非?？?，但插滿羽毛的形狀可以使它在空中飛行時保持穩(wěn)定。羽毛球涉及的空氣動力學(xué)規(guī)律也為航天器“太空船一號”（SpaceShipOne）的研發(fā)工程師提供了靈感。

“太空船一號”是一架裝有火箭發(fā)動機的有翼飛行器（名為“飛船”，實為飛機），它是第一個進入太空的私人投資建造的亞軌道飛行器。這架飛機上設(shè)有三個座位并且可以重復(fù)使用，價格相對低廉，為普通人實現(xiàn)太空旅行提供了一種潛在的選擇。當(dāng)飛機下降時，兩段尾翼可以從水平位置旋轉(zhuǎn)90°，“垂直”地立站在飛機的后方，此時氣流會在尾翼上產(chǎn)生較大的阻力，同時保證飛機降落時的穩(wěn)定性，這和羽毛球上羽毛發(fā)揮的作用十分相似。

飛得最遠的球——高爾夫球

羽毛球的快僅僅體現(xiàn)在一瞬間，在很多人看來，這似乎有一點“勝之不武”的成分。嚴(yán)格意義上，一次擊球過程中的平均速度往往更符合“最快”的標(biāo)準(zhǔn)。由于阻力過大，羽毛球只得名落孫山，而此時拔得頭籌的又會是誰呢？

答案是高爾夫球，你是不是又沒猜對？

高爾夫球一騎絕塵，單次擊球可以移動200米以上，毫無疑問，打高爾夫需要非常大的場地。

標(biāo)準(zhǔn)高爾夫球場，一般布置18個球洞，總長度要控制在6002～6400米，球場面積50～75公頃（1公頃=10000平方米），實際大小要根據(jù)球場的地形來確定。1868年，“高爾夫之父”湯姆·莫里斯（Tom Morris）打出了第一個一桿進洞，震驚世人。

不僅如此，高爾夫還走出了地球，成為了首個星際間的球類運動項目。1971年2月6日，執(zhí)行阿波羅14號任務(wù)的宇航員艾倫·謝帕德（Alan Shepard）揮動球桿在月球上打起了高爾夫球，從而使他成為有史以來第一位，也是目前唯一一位在月亮上打過高爾夫球的人。

艾倫在登月前偷偷將球桿頭藏在襪子里，登月后，他將球桿頭和改造過的鐵桿連接起來，組成了一支球桿。由于宇航服十分笨重，艾倫在月球上只能以單手擊球，第一顆球打偏后落入了一個小型撞擊坑，接著他直接揮桿擊打第二顆球，第二顆球飛出了大約183米，由于月球上的重力只有地球上的六分之一，因此在月球上能輕松地打出更遠的距離。至今，這兩顆高爾夫球仍散落在月球表面。

同是球類，贏的標(biāo)準(zhǔn)為什么差別這么大?

不知道你有沒有考慮過一個問題，為什么乒乓球出界了要計分，而足球出界了卻要罰球呢？

球的尺寸、形狀和重量差異使得它們具有不同的速度以及運動軌跡，這也導(dǎo)致這些運動的場地尺寸和同臺參與的人數(shù)不盡相同。

在上圖中我們可以看到，在斜線以下的網(wǎng)球、排球和乒乓球等球類運動，它們的場地相對于球的運動距離偏小，球往往會出界，出界計分就變得合情合理。對于斜線上方的足球、籃球和高爾夫運動，球則不容易出界，單純依靠出界不能在短期內(nèi)決出勝負，因此還需要制定一個進球的規(guī)則。

所以，球類運動項目的比賽場地和規(guī)則并不是隨意制定的，而是根據(jù)各種球體的運動規(guī)律，并通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)計算才最終確定的。

無論球飛得快或慢、遠或近，奧運賽場上，球類運動考驗的是運動員們的力量、速度和技巧，而這過程中展現(xiàn)的拼搏精神始終感染著我們這些賽場外的觀眾。

參考文獻：

https://airandspace.si.edu/collection-objects/spaceshipone/nasm_A20050459000

https://deemples.com/weird-facts-about-golf/

Christophe Clanet. Sports Ballistics. Annu. Rev. Fluid Mech. 2015. 47:455–78

C. Cohen, C. Clanet. Physics of ball sports. EPN 47/3

https://allthatsinteresting.com/alan-shepard-golf-ball

Remastered images reveal how far Alan Shepard hit a golf ball on the Moon | Ars Technica