高尔夫球为何要做成凹凸不平？物理知识用在了这里
2018/11/30 00:00:00
球类给人的印象都是光滑的，比如兵乓球、足球等等，但是高尔夫球为何要做成凹凸不平的呢？今天专门来说下这个话题。
根据统计发现，一颗表面平滑的高尔夫球，经职业选手击出后，飞行距离大约只是表面有凹坑的高尔夫球的一半。那这到底是什么原因导致的呢？
高尔夫球上有300多个凹洞，每个洞的平均深度约为0.025厘米。事实上，高尔夫球表面有意制造了许多凹洞，这是动力空气学研究的成果。这些凹洞的存在，正是为了减少空气的阻力，并增加球的升力，从而让高尔夫球飞得更远。
球的飞行轨迹不仅受到自身重力的影响，还会受到来着空气的阻力。因此，如何减低空气阻力便成为关键。高尔夫球手在击球时，每个球都获得一种向后的旋转力，这与这些凹痕密切相关，好像在球的下方形成一个厚的气枕一样。一颗高尔夫球被打出后会高速地飞行，其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。同时，空气在球的后方会形成一股扰动的尾流，它影响着阻力的大小。球上的凹洞可以减少气流方向的变化，使后方的气流更平滑，从而减小尾流的范围。由此大概能减少20%的阻力。此外，在球的回旋过程中，一个带有凹洞的球会通过偏折气流从而获得近一倍的升力。
凹洞减少了飞行中的阻力，又提供了额外的升力，因此带来更良好的空气动力性能。球于是可以飞得更远、更高也更准。另外，高尔夫规则也有规定，高尔夫球的形状不能被随意更改。
今天的标准高尔夫球虽然品牌各异，但均采用表面凹痕型。如果是一颗表面平滑的高尔夫球，经职业选手击出后，飞行距离远远少于表面布满凹槽的球。有人就试过，打光滑的球只能飞65米远，而有凹痕的球可打出275米远。
空气对于任何在运动的物体，都会受到两个空气动力学中所谓的升力及阻力。阻力的作用方向与运动方向相反，而升力的作用方向则朝上。
而物体在空气中运动时，主要受到两种阻力：一种是物体表面与气流的摩擦力；另一种是物体前面与后面所受气压之差所形成的压差阻力。在物体运动速度较快时，后者会占全部阻力的大部分。
高尔夫球快速飞行的时候，在球的后面形成了对称的漩涡，在球附近的流体分子贴着球走一段后，就脱离球面，这种现象也被称为边界层分离。高尔夫球后面是中心压力很小的漩涡，而球前面的压力比较大，由于这个压力差，球就受到一个相对较大的阻力。
一般来说，球的飞行速度越大，边界层的分离就越早，在球的后面形成的漩涡区也就越大，这种压差所形成的阻力也越大。光滑的球由于这种边界层分离得早，形成的前后压差阻力就很大，飞行距离就大大缩短了。
而当高尔夫球有了小凹坑，飞行时小凹坑附近产生了一些小的漩涡，由于这些小漩涡的吸力，高尔夫球表面附近的流体分子被漩涡吸引，边界层的分离点就推后许多。这时，在高尔夫球后面所形成的大漩涡区便比光滑的球所形成的漩涡区小得多，从而使得前后压差所形成的阻力大为减小。
此外，小凹坑也会影响高尔夫球的升力。一个表面不平滑的回旋球，会像飞机机翼般偏折气流以产生升力。球的自旋可使球下方的气压比上方高，这种不平衡可以产生往上的推力。
物体在空气中的阻力取决于前后局部空间的压力差。
球高速运动，前方的空气来不及散开，被压缩。后方的空间空气来不及填补，形成低压。然后压力差就出来了。
在球的表面引入空气湍流之后，湍流会加速扩散空气，填补后方的低压，这样压力差就减小了，阻力也就降低了。
表面小坑就起到湍流发生器的作用。
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