这种球像“章鱼”，速度最快减速也最快
奥运赛场上，球速最快的是什么球？
想必认真看了比赛的同学都能回答：羽毛球！
那么，减速最快的是什么球？
答案还是：羽毛球！
这项运动咋这么特殊？我们一会通过三个实验来体验。
图片来源：veer图库
像“章鱼”的羽毛球，也太特别了！
同奥运赛场上其他“球”相比，羽毛球都是完全不同的。我们首先来看一下羽毛球的结构，可分为半圆形的球头和长长的羽毛，乍一看并不像球，而更像是一只“章鱼”，而这只“章鱼”注定成为最特别的球类。
图片来源：veer图库
羽毛球拍的拍头是一张紧绷的网，其轻质的长柄结构，有利于运动员更好地发力和击球，尤其是在激烈的“扣杀”过程中可以更猛烈地击打球头，使得羽毛球时速可以轻松超过300公里/小时。很多羽毛球选手经常能打出时速400公里的球，目前在比赛中的球速世界记录是426公里/小时，由来自丹麦的男双选手科丁2017年1月10日在印度羽毛球超级联赛上创造。
那么问题来了，为什么轻飘飘的羽毛球速度能如此之快？
羽毛球拍相对于其他球类的拍子是比较容易发力的，挥拍的时候，角速度非常大。球拍又伸出手臂那么长一段距离，所以线速度更快。并且，运动员在击球时还会利用手腕的作用进行强化，而羽毛球又比较轻，所以在击球的瞬间，羽毛球得到了极高的起始速度。
中国羽毛球选手郑思维在扣杀
（图片来源：东京奥运会官方网站）
问题又来了，与棒球、垒球相比，羽毛球的球场却不大，总长不过13.4米。如果羽毛球以每秒钟90米的速度在球场飞驰，那是何等恐怖的现象？但是我们看羽毛球比赛时，并不会觉得球速那么快。
实际上，因为羽毛球特殊的身材，它也是“减速最快的球”，很多时候只能留下“半个抛物线”的痕迹，便直直落下。这又是为何呢？
中国羽毛球选手陈雨菲在救球
（图片来源：东京奥运会官方网站）
为了让大家更容易理解羽毛球运动的独特之处，请大家不妨在脑中想象三个实验。
三个实验，让你更理解羽毛球
第一个实验：
在太空中建立一个羽毛球场地，由两个固定在球场上的机器人激烈对打。
在太空中，由于处于失重和真空状态，羽毛球在自由飞行过程中会保持匀速直线运动，直到一个机器人用球拍击打球头后改变其运动状态。我们可以来想象一下这个击球的过程。
羽毛球的质心（编者注：质量中心简称质心，指物质系统上被认为质量集中于此的一个假想点）靠近球头，在猛力击打羽毛球时，球头获得极高的瞬时速度，羽毛球能够在百分之二秒之内完成掉头翻身，并保持球头向前飞行。在这一瞬间，球头和羽毛部分的速度不一致，会导致羽毛球产生变形，羽毛会向内产生弯曲，变成一个“球柱”的形状，就好比一只章鱼并拢了所有布满吸盘的触须。
图片来源：veer图库
随着羽毛球向前飞行，羽毛的弹性会让其逐步恢复形状，又变成原先的“锥形”的形状，成为一只张牙舞爪的章鱼。羽毛球会以最大的速度飞行，大小和方向都不变。
时速400公里的球飞来飞去，可能只有机器人能接到了，人眼无法看清球的轨迹。
第二个实验：
两个机器人在空间站里对打羽毛球。
在空间站里，仍然是处于失重状态，与太空中不同之处就在于空间站中有空气，羽毛球的运动过程会受到空气的影响。
击球之后，羽毛球像一只触须并拢的章鱼，速度极快，但空气的阻力与速度的平方成正比，在空气的高阻力下羽毛球速度减小，同时气流的作用会让羽毛球产生绕中心轴的旋转。
然而，更为奇妙的是，旋转以及减速会加速羽毛张开的过程，从而进一步加快减速的过程，使得羽毛球就像一个逐渐张开的降落伞。因此，对方机器人击球后，羽毛球会处于一个极快的减速过程。如果空间站足够大，两个机器人距离稍远一些，这只羽毛球甚至可能会很快停在空中。
第三个实验：
两名运动员在地面上对打羽毛球。
这时候，重力作用会让这个运动变得更加复杂。在太空和空间站中，羽毛球处于失重状态，会保持直线运动。而在地面上，重力会使得羽毛球处于更为复杂的抛体运动，其运动轨迹变得更加复杂。
假设运动员击球后，羽毛球初始方向为水平方向。在飞行过程中，羽毛球在水平方向的速度会迅速减小,与在空间站中运行规律类似；而在竖直方向受重力作用，速度迅速增加，因此羽毛球在运动过程中其速度方向与水平方向的夹角会越来越大，其运动轨迹会迅速偏离水平直到落地。
当运动员向对方后场打出高远球，当球到达对方上空时，水平方向速度较低，甚至可能造成羽毛球近似垂直地、快速落向地面。
正是因为羽毛球对空气阻力的高度敏感，格外“弱不禁风”，所以羽毛球比赛场地对风速规定非常高，规定地面以上9米区域内风速不能大于0.2米/秒。而在不同海拔高度和气温环境下，空气密度不一样，使用的球重量也不一样，海拔和温度越高用的球越轻。正式比赛中，主办方会在每天开赛前对不同速度的球进行测试，测试选手会在球场底线发球至对面落点测试区，主办方再依结果选择用球。
结语
这里仅仅是介绍了羽毛球从高速运动到减速的过程。而实际上，羽毛球运动除了对力量和速度有要求，还特别讲究技巧和战术的安排，比如比赛中有大量的迷惑对手的假动作。而运动员大量的训练以及对竞争对手的研究，让羽毛球比赛充满了意想不到的变数和眼花缭乱的场景。
羽毛球的乐趣，大家不妨自己去体验吧！
图片来源：veer图库
本文由科普中国融合创作出品，韩桂来制作，中国科学院计算机网络信息中心监制，“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
版权说明：未经授权严禁任何形式的媒体转载和摘编，并且严禁转载至微信以外的平台！
文章首发于科学大院，仅代表作者观点，不代表科学大院立场。转载请联系cas@cnic.cn
推荐阅读
科学大院是中科院官方科普微平台，由中科院科学传播局主办、中国科普博览团队运营，致力于最新科研成果的深度解读、社会热点事件的科学发声。
转载授权、合作、投稿事宜请联系cas@cnic.cn
大院er拍了拍你：不要忘记
点亮这里的 赞 和 在看 噢~