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高尔夫球表面为什么要设计凹坑?

100次浏览     发布时间:2024-09-19 10:03:14    


高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑,其目的是:让高尔夫球飞得更高、更远。

咦,感觉像是在解说奥运会呢?是的,2016年8月巴西里约热内卢奥运会就有高尔夫球这个项目!依据统计发现,一颗表面平滑的高尔夫球,被击出后,飞行距离大约只是表面有凹坑的高尔夫球的一半。 因此大多数高尔夫球有300~500个小凹坑,每个坑的平均深度约为0.025厘米。

高尔夫球表面凹坑——纯属偶然。事实上,很久以前高尔夫球表面都是光滑的,人们是偶然间发现布满凹坑的高尔夫球比光滑的球飞得更远,而且大大提高了高尔夫球观赏效果,当然也对高尔夫球手提出了更高技术要求。

高尔夫球凹坑专利——实属必然。1908年,英国工程师威廉姆·泰勒申请了一个新式高尔夫球专利,这种高尔夫球表面均匀分布着一圈一圈凹进的小漩涡,这种小漩涡可以减少飞行时的空气阻力并提高了飞行的高度。

为了找出最佳发射条件,工程师和科学家对球杆和球之间的撞击进行了深入的研究。撞击通常只维持1/2000秒,它决定了球的速度、发射角以及球体的自旋速度。

作用力与空气动力学

实际上,空气对于任何在其中运动的物体,包括高尔夫球,都会施加作用力。球的飞行轨迹会受到重力以及空气动力学的影响。

空气动力学家把这个力分成2部分:升力及阻力。阻力的作用方向与运动方向相反,而升力的作用方向则朝上。高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力,增加球的升力,还能保打出去的球可以飞出直线。

升力

小凹坑会影响高尔夫球的升力。一个表面不平滑的回旋球,会像飞机机翼般偏折气流以产生升力。球的自旋可使球下方的气压比上方高,这种不平衡可以产生往上的推力。高尔夫球的自旋大约提供了一半的升力。另外一半则是来自小凹坑,它可以提供最佳的升力。

阻力

高尔夫球所受的空气阻力大小取决于两个因素:一是球的前后两个表面所受的压力差,二是球受到的空气摩擦力的大小。光滑球体背部与大气的分界面没有空气没入球体,这种分离结构会使球体发生旋转,减小背部的空气压力,并由此导致前部受到的压力增大,球体受到的压力差大,就渐渐放慢了速度。而粗糙的球面设计会减缓上述分离作用,使后部压力减小的过程增长,前后压力差的缩小使得空气阻力减小。

阻力及升力对凹坑的深度很敏感:即使只有0.0025厘米这么小的差异,也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影响。小凹坑通常是圆形的,但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能,不少公司生产的高尔夫球采用的是六角形。

反旋

高尔夫球在空中飞行时经常反旋。其表面的小坑裹住一层空气。因为上层的空气比下层的空气的流速快,这样可以使球飞得更高。

一颗高速飞行的高尔夫球,其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。同时,球的后方会有一个紊流尾流区,在此区域气流起伏扰动,导致后方的压力较低。尾流的范围会影响阻力的大小。

通常说来,尾流范围越小,球体后方的压力就越大,空气对球的阻力就越小。小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层,使得平滑的气流顺着球形多往后走一些,从而减小尾流的范围,让高尔夫球飞的更高、更远!

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