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高尔夫球表面为什么是凹凸不平的?

2023-01-05 04:10:34 804

摘要:不知道你关注和思考过没有,高尔夫球为什么不像乒乓球一样是光滑的,而是布满了均匀的凹陷的小坑呢?通常,人们会认为,球越圆表面越光滑,与空气的摩擦力就会越小,那么在相同的力的作用下,理所应当表面越光滑的球会飞得越远。但事实上并不是这样,科学家们...

不知道你关注和思考过没有,高尔夫球为什么不像乒乓球一样是光滑的,而是布满了均匀的凹陷的小坑呢?

通常,人们会认为,球越圆表面越光滑,与空气的摩擦力就会越小,那么在相同的力的作用下,理所应当表面越光滑的球会飞得越远。但事实上并不是这样,科学家们的研究表明,在同样的条件和同样的力的作用下,表面粗糙的高尔夫球在飞行中所受到的阻力只有表面光滑的高尔夫球的一半,飞行的距离甚至可以达到表面光滑的球的5倍。这个现象的背后蕴含着这样一个物理学原理。

物体在空气中运动时主要受到两种作用力,一种是我们都知道的物体表面与气流产生的摩擦阻力,一种是物体前端与后端所受气压差的压差阻力。形象地说,例如飞船在返回大气层时,由于速度非常快,飞船的前端与大气剧烈冲撞摩擦,产生巨大的压力;而飞船后方的空气被排挤开,根据气体压强的原理,后方的压力减小,产生方向向后的压力差,这种力就是压差阻力。高尔夫球球面的小坑的作用就是将表层空气紧紧贴合在球面,使得后方回旋空气阻力变小,能令高尔夫球飞得更远更快。

此外这里面还涉及一定的流体力学知识。我们把液体和气体统称为流体。在物体或飞行器在空气中飞行的过程中,物体周围的空气会形成一层薄薄的特殊空间环境,这个特殊的空间环境被称为流场。流场中会形成两种流体的流动方式即湍流和层流。在空气中飞行的物体由混乱的湍流转变为平稳的层流状态的临界点受物体表面的粗糙程度的影响很大,高尔夫球表面的小坑可以增大其粗糙程度,使其在高速飞行时减少摇晃和下坠的情况,这样高尔夫球就可以飞得更远啦。

本文由山东省威海市凤林学校二级教师刘欢进行科学性把关。

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