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1 # fzzlo12376
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2 # 使用者804386860247
表面光滑的Golf球一杆只能打出幾十米,而佈滿500來個圓形或六邊形小坑的“麻臉”Golf球卻可以打到200米開外。這是怎麼回事呢?為什麼Golf球表面上佈滿小坑反而打得更遠呢?有人說這樣空氣阻力會小,可是一般都是物體表面越粗糙,摩擦阻力越大,空氣和Golf球的接觸面佈滿小坑,那為什麼Golf球受到的空氣阻力卻變小呢我們知道空氣對於任何在其中運動的物體,包括Golf球,都會施加作用力。我們把手伸出行駛中的車外,可以很容易地說明這個現象。根據空氣動力學,可以把這個力分成兩部分:阻力和升力。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。Golf球表面的小凹坑可以減少空氣的阻力,增加球的升力,從而讓Golf球飛得更遠。統計發現,一顆表面平滑的Golf球,經職業選手擊出後,飛行距離大約只是表面有凹坑的Golf球的一半。
一顆高速飛行的Golf球,其前方會有一高壓區,空氣流經球的前緣再流到後方時會與球體分離。同時,球的後方會有一個紊流尾流區,在此區域氣流起伏擾動,導致後方的壓強小,壓力較低。尾流的範圍會影響阻力的大小。通常說來,尾流範圍越小,球體後方的壓力就越大,空氣對球的阻力就越小。小凹坑可使空氣形成一層緊貼球表面的薄薄的紊流邊界層,使得平滑的氣流順著球形多往後走一些,從而減小尾流的範圍。因此,有凹坑的球所受的阻力大約只有平滑圓球的一半。
小凹坑也會影響Golf球的升力。一個表面不平滑的迴旋球,就像飛機機翼一樣偏折氣流從而產生升力。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。Golf球的自旋大約提供了一半的升力,另外一半則是來自小凹坑,它可以提供最佳的升力。大多數的Golf球有300~500個小凹坑,每個坑的平均深度約為0.025釐米。阻力及升力對凹坑的深度很敏感,即使只有0.025釐米這麼小的差異,也可以對軌跡和飛行距離造成很大的影響。小凹坑通常是圓形的,但其他的形狀也可以有極佳的空氣動力效能,例如某些公司生產的Golf球採用的是六角形。這和飛機機翼般偏折氣流以產生升力是一樣的道理。
讓我們來看看飛機起飛跟機翼構造的關係。我們來看飛機的機翼構造。原來,飛機機翼的上下兩側形狀不一樣的,上側的要凸些,而下側的則要平些。當飛機滑行時,機翼在空氣中移動,從相對運動來看,等於是空氣沿機翼流動。由於機翼上下側的形狀是不一樣,在同樣的時間內,機翼上側的空氣比下側的空氣流過了較多的路程(曲線長於直線),也即機翼上側的空氣流動得比下側的空氣快。根據流動力學的原理,當飛機滑動時,機翼上側的空氣壓力要小於下側,這就使飛機產生了一個向上的浮力。當飛機滑行到一定速度時,這個浮力就達到了足以使飛機飛起來的力量。於是,飛機就飛上了天。
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很久以前的Golf球的表面都是光滑的,人們是偶然間發現佈滿凹坑的Golf球比光滑的球飛得更遠。假設現在的球可以飛行200m,那表面光滑的球可能就只能飛行45m。你能理解這是為什麼嗎?難道是空氣阻力小飛得就更遠嗎? 實際上,Golf球所受的空氣阻力大小取決於兩個因素:一是球的前後兩個表面所受的壓力差,二是球受到的空氣摩擦力的大小。光滑球體背部與大氣的分介面沒有空氣沒入球體,這種分離結構會使球體發生旋轉,減小背部的空氣壓力,並由此導致前部受到的壓力增大,球體受到的壓力差大,就漸漸放慢了速度。而粗糙的球面設計會減緩上述分離作用,使後部壓力減小的過程增長,前後壓力差的縮小使得空氣阻力減小。所以啦,也就不難理解為什麼坑坑窪窪的球會飛得更遠啦。