羽毛球

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摘自《奥运中的科技之光》，赵致真著。经赵致真先生授权，科学松鼠会网络发布，转载请注明。
“看来当我们说羽毛球是速度最快的球时，还应该加上一句，羽毛球也是减速最快的球。”
羽球穿梭

羽毛球是1992年在巴塞罗那才被正式接纳为奥运会比赛项目的。不管是奥运会的“疏失”还是羽毛球的“清高”，如果从1893年英国成立羽毛球协会算起，经过整整100年，羽毛球才进入奥运大家庭，彼此之间错过得太久了。像一条水量丰沛的支流汇入波澜壮阔的大河，奥运会因为有了羽毛球而平添光彩，羽毛球也因为进入奥运会而面目一新。特别对于亚洲国家，获得奥运奖牌的机会为之大增。把羽毛球尊为国球的印度尼西亚在巴塞罗那旗开得胜，名将王莲香和未婚夫魏仁芳双双夺得男女单打冠军，雅加达以2小时的盛大游行欢迎英雄的凯旋，这是印尼自1952年参加奥运会以来首次获得金牌。如今中国、印尼、韩国仍雄踞世界羽坛前列，丹麦、英国、瑞典等欧洲劲旅也不甘示弱，羽毛球正以前所未有的公众基础蓬勃于全世界。


同任何其他“球”相比，羽毛球都是一种完全不同的“球”。它既不是圆形，又不在地面和台面上蹦跳，这种轻盈洁白的圆锥状“精灵”穿梭往返于球网两边，它对二维的球场平面依赖性不强，但却要求至少9米的高度确保它千变万化的飞翔。可以说羽毛球的驰骋天地是750立方米的三维空间，当然还有第四维时间。
人们对羽毛球最大的惊讶还在于它是所有运动项目中速度最快的球。2005年5月在北京举行的苏迪曼杯比赛中，中国选手付海峰一记劈杀，球速高达每小时332公里，超过了欧洲电气火车和一级方程式赛车，相形之下最快的网球和棒球都成了“慢动作”。然而人们也往往不再深究，如果羽毛球以每秒钟90米的速度在总长不过13.4米的球场飞驰，那该是何等恐怖的景象？幸好这和实际情况并不相符，由于羽毛球圆锥形的“身材”和轻如鸿毛的“体重”，使它在空气的高阻力下很快就丢失了速度，因此难以打出网球中的ACE球。羽毛球也画不出完整的抛物线，它的运动轨迹永远不对称，曲线顶点要更靠近落点，降弧总比升弧陡峭，在常见的高远球中会变成“半个抛物线”，当球的水平速度为零后，便在重力作用下像一个旋转的叶轮，以匀速直线运动落下。看来当我们说羽毛球是速度最快的球时，还应该加上一句，羽毛球也是减速最快的球。

羽毛球飞行的半抛物线轨迹
哥伦比亚号航天飞机曾因重返大气时发生故障而坠毁，如何确保航天器安全着陆历来是最棘手的课题。2005年，美国私人企业成功研制了第一个商用旅游太空飞船，把游客送到100公里高的大气层外，设计者声称他的灵感来自羽毛球，这架飞船在重返大气时能打开折叠机翼，便是利用羽毛球平稳高效的减速机制确保安全降落。

美国太空一号商用航天飞机
正是由于羽毛球对空气动力的高度敏感，因此格外“弱不禁风”，要求赛场9米以下的气流不能超过每秒0.2米。更加“娇气”的是，同一个球，在低海拔寒冷地区由于空气密度高，粘滞阻力大，因此飞行速度慢。反之在高海拔炎热地区则飞行速度快。国际上把羽毛球分为5个等级，低海拔地区使用较重的“高速球”，高海拔地区使用较轻的“低速球”。譬如在中国上海比赛使用的羽毛球重5.2克，昆明使用的羽毛球重4.7克。这里所谓的“高速”“低速”指的是标准力量作用下球的飞行距离，越远就意味着越快。
常遇到运动员在找不到合适型号的羽毛球时，往软木球托背后按一个图钉来增加重量，提高球速。更通用的办法是将球上16根羽毛中对称的4根或8根轻微内折或外折，以改变锥形的张角来调节速度。

羽毛球翻转时运动轨迹
和对称球体相比的另一大特点是，羽毛球的飞行始终是头部在前。由于球的重心和在空气中的压力中心相距很远，保证了长轴随时和运动轨迹切线相重合的稳定力矩。“喇叭口”朝前也会招致最大的“形状阻力”。实验表明在300公里的时速下，好的羽毛球被球拍击中后能在百分之二秒内翻身调头，这种灵敏和快捷简直不可思议。

羽毛球拍框内部结构
现代羽毛球的发展离不开球拍制造技术的革命。早期用木材制作的拍框拍柄质地疏松、缺乏弹性并且笨重易折。铝合金的使用让球拍整体性能大为改观，钛合金的问世进一步使球拍减轻了重量并增加了强度，此后是更轻而富有弹性的碳纤维垄断羽毛球拍制造业。如今的国际先进技术已将纳米级“弗拉纶”粒子渗透到碳纤维原子的间隙中，使球拍的弹性、抗冲击度、耐受力和轻量化指标都更加理想。内置的T型接头把拍框拍把紧密连成一体，强化了整个球拍的坚固性和可控性。用合成材料制作的拍弦也更加坚韧均衡和富有弹性。如果说球拍是手臂的延伸，那么我们的“手臂”已经伸得很远并摘取了诸多的科学果实。



早期羽毛球
奥运体育项目中唯一用动物毛发制作的器材就是羽毛球。半个世纪以来，羽毛球经历了“十八变”，出落得越来越灵秀俊俏了。这真是一件精美的艺术品，仅仅毛片的选择、清洗、烘干、处理就需要十几道工序。植毛、注胶、称重等全都靠程序控制。生产出来的羽毛球用发球机测试，落在不同距离的传送带上以区分速度等级，这和风选种子的办法颇为相似。
如果了解鹅的翅膀上羽毛分布情况，从外向内数，第4至第10根叫做“刀翎毛”，这就是制作中高档羽毛球的原料，其中只有两根属于上选，还必须在鹅活着时拔下以确保动物蛋白结构不遭破坏。前几年禽流感猖獗时，许多养殖基地的家禽被销毁，一度造成羽毛球原料短缺而价格飙升。随着羽毛球运动的普及和全世界需求量剧增，过去鸟儿们能够胜任的事情如今已经越来越不堪重负了。

羽毛球取材
以尼龙、塑料代替羽毛的呼声再次高涨起来，许多大牌体育公司都努力研发高质量的“尼龙球”，并且已经十分接近“天然”羽毛球的标准。尽管尼龙做成的“裙子”高速飞行时会在空气阻力下有轻微“合拢”而少许影响减速效应，击球后的翻身掉头动作比“天然”羽毛球也略慢千分之几秒，“球感”尚不如“天然”球顺手，但只要假以时日，新材料和新工艺一定会有长足进步。“尼龙球”无疑具有宝贵的优势，更容易标准化，不仅成本低廉，而且坚韧耐用，“一只能顶一桶”。看看专业队每次训练要报废成百个AAA级球，留下狼藉的“一地鹅毛”，不免“我见犹怜”。有些球队因为负担不了“高消费”而被迫裁员，而“买不起球”也是制约一些非洲国家发展羽毛球运动的重要因素。毋庸置疑，不断提高价廉物美的“尼龙球”在羽毛球运动中的地位和份额，无论从资源节约和生态环境保护考虑都是社会的进步和时代的潮流。2005年12月3日在中国澳门举行的亚洲U-16羽毛球团体赛上首次使用尼龙球，显示了国际羽联“改弦更张”的锐意与决心。
有人已经提前担心了，如果改用尼龙球，羽毛球是否该叫别的什么名字了？那倒是不必。正如同我们今天仍然把火车叫做火车一样。

中国羽毛球队

[ 本帖最后由 choupiwen 于 2008-8-18 21:18 编辑 ]