说到羽毛球,想必每个人都不陌生。即使不是羽毛球爱好者,也会经常在各种运动场地或者广场上看到打球的人,也会对林丹、李宗伟等著名球员有所耳闻。然而,即使是经常打球的爱好者也未必留意过羽毛球飞行的细节。
Part 1:羽毛球的翻转只要打过羽毛球的人都会注意到一个现象,那就是当球朝你飞来的时候几乎都是头在前姿态。
换位思考一下对手一定会看到同样的现象那么只有一种可能就是每方击后羽毛会翻个跟头然后掉往回问题在于掉是瞬间就完成的么也许我们想当然地会这样认为可惜答案并不是这样如上图所示击的瞬间基本在1ms左右就完成了然一般在20ms左右才能完成随后还要经历阻尼震荡的过程才能使其指向方向为了更直观地展现这个过程我们在图中画出了与间夹角随时间的演化其中分别代表第一次至用时阻尼振荡时间以及达到稳定的特征时间可见经历了0.1-0.15s的时间看上去就已经是姿态了因此除了一些特殊的击情况我们难以用眼捕捉到迅速调整的过程那么这与其自身的结构有什么关联么答案是有羽由软木材质的头以及鹅鸭或塑料等制成的裙状组成其中较重而截面积较大不妨把这一特征抽象为如图中和标识的质量大小的区域以飞行时有角度则作用在上空气阻力就会产生一个以为参考点的力矩一方面裙结构的更大另方面相更长因此必然会围绕质心逆时针旋转直至指向向如果上面的重量分布很容易就能想到关于为何选择接近45°的张角可能很少有人思考其实这是与能否经历更快达到稳定息息相关的曾有学者小铁和材质复刻了形状质量布特在下方式自由释放让其在下沉过程中下图显示其张是如何影响及时间的可从30°到90的范围将经一稳较快平台区显然正落在这个区域内Part2:轨迹网不同由于本身量轻受气阻力影较大所以严重偏离抛物线的形般来讲遵循的运动程可以写作中分别是质量密度和截面大小矢量则是常数不难理解除了令做斜抛运动的项外还会收到大小成正比反向的而具体轨则由初始决定对于我们可以定义个相关称为动长度约为46m它决定了自下落最终定速为U∞=67m/s下图可以看到不同初度下计算值实线实际散点对比可见该方程较好预测其迹那能多远呢不妨看看近似上后变化趋势根据上面发现距离取决于将行关作图得到结果只要打这张里面一定包含了些感同身信息比如无使力气似乎总在某戛然而止中的已经达最远还是只场这就是为什么从侧即使尽全力乎只能对方出也不会很多有的读者可能会问设置太夸张并不因为年月亚男双名将在实验室理想条件下杀打出相当于也有消息称选科丁曾记录即赛中也曾超快此之无愧类之王其实轨迹种类有关常见的有两种下图示差异一方面相同情况下塑可达范围要比大另方面在最点附近曲率更接近三形这是保证坚固程度成本较低往往偏重意味着同样不出界的情况可以从而减少反应时间因此受青睐Part3:大家可能留意过朝同时针方向倾斜排布无关紧要设计不然看作每个薄板流体中进受到垂直于平面且相反力立刻就会想到这些合使得整体绕轴线!
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