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。
END
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
国是访问丨能源转型会“开倒车”吗?******
文/庞无忌
2022年,受地缘政治冲突等因素影响,全球能源危机愈演愈烈。曾大力倡导放弃煤炭、走向脱碳化发展的欧洲国家在这个冬天也不得不重启煤电。英国、法国、丹麦、德国、芬兰、奥地利等国家陆续宣布延长或重新开放此前已关停、退役的燃煤电厂。
全球能源转型会“开倒车”吗?全球走向脱碳目标,最终能带来多大机遇?
毕马威中国气候变化和可持续发展主管合伙人沈莹在接受中新社国是直通车记者专访时表示,虽然去年冬天不少欧洲国家恢复煤电产能,可能暂时会增加碳排放,但是从长期来看,绿色低碳转型是各国对未来全球发展所达成的共识和不可逆转的趋势,不会因为一次“黑天鹅”事件就发生改变。
不过,这个过程不会一帆风顺。全球脱碳是个循序渐进的过程,需要各国积极应对外部环境新挑战,协同推进能源低碳转型与能源安全供应保障,推动经济社会发展全面绿色转型。
采访实录摘要如下:
国是直通车:业界认为,全球形成的碳中和共识将有力地引导长期投资向低碳领域配置,未来全球走向脱碳目标将带来多大投资机遇?
沈莹:碳中和最核心的是能源零碳化,能源结构转向以可再生能源为主是必然趋势,其中存在大量投资机会。此外,公路交通、海洋运输、航空的零碳化,工业、建筑业、农业等行业的绿色可持续发展,也会带来巨大投资机会。
碳中和带来的不仅是环境效益,也会带来巨大经济效益,相关产业技术与产业规模必将得到蓬勃迅速发展,推动国家整体经济朝着低碳、绿色环保方向转型。
国是直通车:近年来,各国纷纷布局新能源汽车等低碳相关产业。这会对全球经济竞争格局带来什么样的影响?
沈莹:能源绿色低碳转型成为各国共识。从化石能源到可再生能源的转变将重塑世界竞争格局,并引发经济社会变革。可再生能源与化石能源相比具有难以耗尽、开发和使用相对灵活等特点,同时也存在能量密度低、不稳定、开发成本较高等缺点。
因此,要提高可再生能源的产量和效率,必须通过技术创新,推出新的能量转换方法或提高现有生产消费流程效率。这场转型浪潮中,新兴技术和科技将成为核心驱动力,推动能源产业从资源、资本主导向技术主导转变。
国是直通车:2022年受地缘政治冲突等因素影响,全球能源危机愈演愈烈,不少欧洲国家恢复煤电产能。这会加速还是阻碍全球脱碳发展进程?
沈莹:俄罗斯在全球能源供应链中扮演着举足轻重的角色。乌克兰危机加深了各国对能源安全问题的担忧,尤其是对俄罗斯能源有较强依赖的欧洲。虽然去年冬天不少欧洲国家恢复煤电产能,可能会暂时增加碳排放,但从长期来看,绿色低碳转型是各国对未来全球发展所达成的共识和不可逆转的趋势,不会因为一次“黑天鹅”事件就发生改变。
但它也不会一帆风顺。全球脱碳是个循序渐进的过程,需要各国积极应对外部环境新挑战,协同推进能源低碳转型与能源安全供应保障,推动经济社会发展全面绿色转型。
此次全球能源危机,反而让越来越多国家意识到提升能源独立性的重要性。在碳中和目标引导下需要通过清洁能源来降低对化石燃料的进口依赖。长期来看,全球能源绿色低碳转型不会“开倒车”,未来清洁能源仍然是全球能源转型的方向,是未来能源增量的主体,是全球能源体系的重要组成部分。
国是直通车:全球能源转型还面临哪些重大挑战和机遇?
沈莹:全球能源转型的第一个挑战是技术。很多技术都是要创新、尝试的,这方面投入非常大。还需要很多政策、资金扶持,是一场大的社会气候变革。只有技术创新,才更有动能推动减碳、碳移除、碳中和、节能减排等。
第二个挑战是资金。需要大量资金投入,不仅仅是政府,还需要社会资本的投入。
机遇方面,可再生能源,碳达峰、碳中和是目前全球发展的主流方向,这不仅带来能源结构的变革,更将带来全球金属原材料供应的变革。
这主要是由非化石能源所具有的制造业特征以及其产业链特点所决定的。目前我们对铜、镍、铝、锂、稀土等金属原材料的需求正不断攀升。例如,在能源结构转型过程中,风电、光伏、水电等绿色低碳产业的蓬勃发展,离不开上游金属原材料的供应,其中,风电大幅增长将推动对碳纤维、稀土和磁材(电机)等的需求。
国是直通车:在这一过程中,中国拥有哪些优势?
沈莹:中国强大的国家综合实力能为实现“碳中和”目标奠定坚实经济基础。中国持续推动绿色、新能源技术发展也将为实现“碳中和”目标提供充足动力。
目前我国在可再生能源、新能源汽车等领域处于领先地位,拥有强大装备制造能力,掌握核心技术和关键产业链优势。
以光伏产业为例,当前,我国光伏组件产量全球占比超过3/4,累计装机容量稳居世界第一,并已实现全产业链国产化。预计中国将会成为氢能、储能等新能源重要领域的全球主要增量市场,并且成为核心技术输出和产业投资的主要力量。
(文图:赵筱尘 巫邓炎) [责编:天天中] 阅读剩余全文() |