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。
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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
长城“最隐秘 的暗门”现身******
本报记者 韩梅
近日 ，天津大学建筑学院教授张玉坤团队宣布 ，河北省秦皇岛市明长城段发现一处突门实物遗存。作为长城暗门家族中最隐秘的一员，突门生动地传承着中国古代长城建筑、军事以及文化智慧。
首次构建暗门“家族图谱”
“近几年 ，我们在明长城全线调研中首次构建了暗门 的‘家族图谱’ ，并发现了其中最隐秘的类型——突门 。”团队成员、天津大学建筑学院特聘研究员、博士生导师李哲介绍，发现突门 的长城段位于秦皇岛附近 ， 是2000多年前史书有关突门记载 的首次实物发现。
突门作为一种古代防御设施，早在2000多年前的春秋战国时期就有类似设施 的记载，《墨子·备突》篇中对突门做了专门的著述 ，暗门(突门)“藏于九地之下为暗 ，动于九天之上为突”。此后，唐、宋 、明 ，甚至清代学者都有记述，但现代相关研究论文却寥寥无几 ，一直没有发现对应 的实物。突门是所有暗门中最为秘密 的出口，外面用一层砖砌上，从外面看和城墙一样，让敌人无法分辨 。突门没有被击破 的时候 ，完全 是隐蔽状态 ，打仗时一旦需要出兵制敌，里面的士兵可以迅速击碎表层墙，就跟鸡蛋破壳一样 ，士兵破墙而出，侧面夹击敌人，甚至可以把火炮从突门推出来击退敌人 。
已确认明长城有220处暗门遗存
长城的门洞就其规模而言 ，可以分为三类 ，其中较大型的是“关”，属于古代连通塞外与内地的重要地理门户，一般设有重兵屯集防守 ，如居庸关、黄崖关等 ；中等是“口”(边口) ，如慕田峪口 、张家口等；最小 的即为“暗门” 。所谓“暗门”，顾名思义 ，就 是伪装隐藏起来、不公开 的门。其所以设置乃是攻防需要。“由于历史的原因，长城上 的暗门遗存较少 ，且散落暗处 ，不为人知 ，甚至被忽视和误解。”李哲说。
团队2003年启动对长城的研究，2004年起开始将无人机低空信息采集技术应用其中。2018年年底启动长城全线实景三维图像采集工程 。4年多来，跨越10省区对明长城全线进行无盲区数字化测绘 ，用无人机拍摄的200余万张照片 ，制作完成平均厘米级精准 的三维数据库 ，终于将明长城内外构造清晰明了地呈现在世人眼前。
暗门洞口一般宽0.6至1.6米，高1.5至2.5米 ，其中最窄的仅容单人 、最宽的可通马匹对行 ；从结构上，暗门可分为石或木质过梁式和砖或石质拱券式 。
时至今日，暗门实物遗存已甄别130余处 ，其中绝大多数为砖石遗址，集中分布于京津冀晋 的蓟镇 、真保镇 、宣府镇 、大同镇等区段 。陕甘宁青明长城因夯土结构不易保存 ，目前仅发现2处暗门 ；此外依靠古代舆图整理出西部段41处暗门。许多暗门没有专属名称及门匾装饰 ，在已确认的220处暗门遗存中约一半属于此类 。
封锁下的隐秘通道
“长城暗门(突门)的发现和挖掘 ，说明长城除了作为防御入侵的‘边墙’ ，还有另外一个身份——封锁下 的隐秘通道 ，体现了中国古代朴素辩证 的思维方式和深厚博大的规划思想，突门 的发现和挖掘使得墨子时代 的军事智慧有了实物传承 。”张玉坤接受记者采访时说。
“暗门为人们开启了积极防御 的新认知 ，打破了以往视长城为保守 、封闭性象征的认识局限 。”张玉坤说，沿着长城广泛分布、功能丰富、式样完备的暗门家族及其背后的巧思设计表明 ，即使是在宏大繁巨 的军事工程体系建设中，古代中国人仍然执着于对政治局势、战争规律、防卫环境的细致把握 ，并将其贯彻于精密的工程设计之中 ，展现出惊人 的统筹能力和严谨的实干精神。
长城国家文化公园建设对长城文化景观资源 的挖掘与阐释、利用的深度与广度提出了更高的要求 。团队对暗门功能 、类型 、分布的深入分析有助于原真性解读长城各类设施及整个防御体系 的建设意图和运作机制，从整体视角撬动一系列新的遗址价值认知，引领长城文化景观资源的深度挖掘 。
暗门看似细枝末节 ，但却能够牵引出多层次 的长城历史认知 。这说明无论 是长城文保管理还 是文化园建设 ，应保持对遗址细节的敬畏，立足于对长城遗存进行全面系统观察研究 。
