為什麼高爾夫球表面凹凸不平?
高爾夫球表面之所以設計有許多小凹坑,其目的是讓高爾夫球飛得更遠。統計發現,一顆表面平滑的高爾夫球,經職業選手擊出後,飛行距離大約只是表面有凹坑的高爾夫球的一半。
球類給人的印象都是光滑的,比如兵乓球、足球等等,但是高爾夫球為何要做成凹凸不平的呢?
根據統計發現,一顆表面平滑的高爾夫球,經職業選手擊出後,飛行距離大約只是表面有凹坑的高爾夫球的一半。這到底是為什麼呢?
高爾夫球的形狀是空氣動力學研究的成果之一。空氣對於任何在運動的物體,都會受到兩個空氣動力學中所謂的升力及阻力。阻力的作用方向與運動方向相反,而升力的作用方向則朝上。
而物體在空氣中運動時,主要受到兩種阻力:一種是物體表面與氣流的摩擦力;另一種是物體前面與後面所受氣壓之差所形成的壓差阻力。在物體運動速度較快時,後者會佔全部阻力的大部分。
高爾夫球快速飛行的時候,在球的後面形成了對稱的漩渦,在球附近的流體分子貼着球走一段後,就脱離球面,這種現象也被稱為邊界層分離。高爾夫球后面是中心壓力很小的漩渦,而球前面的壓力比較大,由於這個壓力差,球就受到一個相對較大的阻力。
一般來説,球的飛行速度越大,邊界層的分離就越早,在球的後面形成的漩渦區也就越大,這種壓差所形成的阻力也越大。光滑的球由於這種邊界層分離得早,形成的前後壓差阻力就很大,飛行距離就大大縮短了。
而當高爾夫球有了小凹坑,飛行時小凹坑附近產生了一些小的漩渦,由於這些小漩渦的吸力,高爾夫球表面附近的流體分子被漩渦吸引,邊界層的分離點就推後許多。這時,在高爾夫球后面所形成的大漩渦區便比光滑的球所形成的漩渦區小得多,從而使得前後壓差所形成的阻力大為減小。
此外,小凹坑也會影響高爾夫球的升力。一個表面不平滑的迴旋球,會像飛機機翼般偏折氣流以產生升力。球的自旋可使球下方的氣壓比上方高,這種不平衡可以產生往上的推力。
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