足球越光滑飛得越遠？

說足球之前，咱們先來說說高爾夫球，因為它有一個讓人大跌眼鏡的現象：越是光滑的高爾夫球，越是飛不遠。

相差可以有多大呢？同等用力的情況下，粗糙球的飛行距離可以是光滑球的5倍！

這實在是有違人們的常知，我們都認為，球形是最完美的形體，表面越是光滑，則在飛行的過程中，球面與大氣的摩擦就越少，同等用力的情況下，理應飛得越遠。

但是，高爾夫球不是這樣。

早前，比賽用的高爾夫球，其里面是用羽毛填充，再用皮革包裹起來，這樣的球很難做出標準的球體。1898年后，高爾夫球的制作材料逐漸被橡膠替代，但人們卻在這時發現了一個奇怪的現象：使用時間越長的球，打得越遠。

這引起了當時人們的好奇，經過摸索，終于找到了原因，原來，用橡膠做的新球，其表面十分光滑，而使用時間很長以后，表面的橡膠要么有的地方開裂了，要么就是有的地方磨損了。總之，球面相當粗糙。

這讓人們意識到，高爾夫球的表面越是粗糙，打得就越遠。所以，后來的高爾夫球表面不再是光滑的了，而是布滿無數的“小酒窩”。

現在出售的高爾夫球，其表面大約有250～450個“小酒窩”，最高紀錄是在一個球上有1070個“小酒窩”。

任教于浙江大學的毛根海教授，在所著的書《奇妙的流體運動科學》中，有這么一個數據：同等條件下，布滿“小酒窩”的高爾夫球，在飛行中所受到的阻力只有光滑球的一半，而飛行距離是光滑球的5倍。

為什么粗糙球比光滑球飛得更遠？

原因很簡單，先來看一個例子。

1968年，阿波羅8號飛船返回地球大氣層時，由于速度極高，飛船前方與大氣劇烈沖撞，壓力極高；反過來呢，后方的空間壓力很小，這是因為飛船高速下落時會排開空氣，后方空氣少了，壓力當然就小了。而后方壓力小會產生一種抽吸的力。

物體在流體中運動時，前后壓力差所帶來的阻力就叫做“形狀阻力”。

現代核潛艇為什么全使用“水滴型”外形？這也是為了減少形狀阻力。

相同條件下，要想減少阻力，一個最有效的方法是：想辦法減少其后方的低壓區面積。

但高爾夫球總不能像核潛艇一樣，也做成水滴型，怎么辦？通過流體力學實驗，人們發現，光滑的球與布滿“小酒窩”的球相比，后者產生的低壓區面積更少。

球上的無數“小酒窩”，可以起到讓空氣緊貼球面的作用，這使得平滑的氣流能順著球體表面延伸到更靠后的位置時才產生分離。

守門員的噩夢：“普天同慶”

“普天同慶”是2010年南非世界杯指定用球，這也是一個飽受非議的足球。

“它像個神經病。”有球員這樣說。

“這個球是超自然的。它的軌跡很奇怪，似乎它不喜歡有人踢它。”有球員這樣說。

“它是個地攤貨！”有球員這樣痛斥。

……

無疑，“普天同慶”足球是最近幾屆世界杯中，最飽受批評的一個足球。

在它剛剛面世時，生產廠家就宣傳說：這個球只用了8塊表皮就將足球拼接完成，完美地包住了內膽，這是史上最圓的足球。

不幸的是，“對足球而言，最重要的一點是粗糙度。” BBC采訪空氣動力學家梅塔博士時，梅塔博士這樣說，“粗糙度的大小，決定了出現‘蝴蝶球效應’的最佳臨界速度是多少。”

所謂蝴蝶球，是指棒球賽中的一種球路。其特點是，投手投出的球，速度一般般，但這是為了盡量減少球在飛行中的旋轉，以便造成不穩定和無法預測的運動軌跡。

足球上的“香蕉球”現象，要求足球旋轉得足夠快，如此才能讓足球繞過人墻，射進球門。

但棒球上的“蝴蝶球”效應卻要求投出的棒球盡量不旋轉，這是為什么？

棒球上面有縫線，在飛行過程中，氣流經過縫線時，會產生更多湍流，由于左右不對稱，湍流增加了棒球側面的偏轉力。

尾流左右搖擺，飛行飄忽不定，如飛舞蝴蝶，故名“蝴蝶球”。

常規足球通常將32塊球面通過縫線拼合而成，縫線的總長度以及縫線的深度決定了足球的光滑度，縫線越多越粗糙。

常規足球一般在48公里每小時球速時會產生最大化的“蝴蝶球效應”。

而“普天同慶”足球，由于其總縫線長度很短，導致其成為當時最光滑的足球，經過空氣動力學試驗，人們發現，在80～88公里每小時球速時，“普天同慶”才會產生最大化的蝴蝶球效應，而80公里左右時速恰恰是射門，以及任意球的典型球速。

以上，就是“普天同慶”飽受批評的原因。

2014年的巴西世界杯，其指定用球是“桑巴榮耀”。來自謝菲爾德哈勒姆大學的研究人員肖賓博士經過測量后發現，對于球面縫線接合處的深度，“桑巴榮耀”是“普天同慶”的3倍多。

另外，“普天同慶”的接合線總長大約是203厘米，而“桑巴榮耀”縫線總長度高達327厘米。

增加縫線長度以及縫線的深度，目的就是為了增加足球的粗糙度。

在接受BBC采訪時，肖賓博士說：表面粗糙的足球飛得更遠，在高速射門時，產生的蝴蝶球效應越少。

2018年俄羅斯世界杯的指定用球是“電視之星”，顯然，因為有了“普天同慶”足球的教訓在先，新球“電視之星”應該不會再被球星們罵成是神經病、地攤貨等等。

研究人員測量了電視之星接縫長度，發現它比“桑巴榮耀”的接縫長度多了30%，為避免太過粗糙，“電視之星”的縫線深度有所減少。

“今年的球與以前的球不會有太大的不同。”來自林奇堡弗吉尼亞大學的物理學研究人員說。

而日本筑波大學的研究人員則將新球放進風洞進行實驗，他們發現，新球的空氣動力特性與“桑巴榮耀”相似。

所以，本屆世界杯用球應該是沒多大問題。