說(shuō)足球之前,，咱們先來(lái)說(shuō)說(shuō)高爾夫球,，因?yàn)樗幸粋€(gè)讓人大跌眼鏡的現(xiàn)象：越是光滑的高爾夫球，越是飛不遠(yuǎn),。

相差可以有多大呢,？同等用力的情況下，粗糙球的飛行距離可以是光滑球的5倍,！

這實(shí)在是有違人們的正常認(rèn)知,，我們都認(rèn)為，球形是最完美的形體,，表面越是光滑,，則在飛行的過(guò)程中，球面與大氣的摩擦就越少,，同等用力的情況下,，理應(yīng)飛得越遠(yuǎn)。

但是,，高爾夫球不是這樣,。

早前，比賽用的高爾夫球,，其里面是用羽毛填充,，再用皮革包裹起來(lái)，這樣的球很難做出標(biāo)準(zhǔn)的球體,。1898年后,，高爾夫球的制作材料逐漸被橡膠替代，但人們卻在這時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：使用時(shí)間越長(zhǎng)的球,，打得越遠(yuǎn),。

這引起了當(dāng)時(shí)人們的好奇，經(jīng)過(guò)摸索,，終于找到了原因,，原來(lái)，用橡膠的做的新球,，其表面十分光滑,，而使用時(shí)間很長(zhǎng)以后，其表面的橡膠要么有的地方開(kāi)裂了,，要么就是有的地方磨損了,，總之就是，球面相當(dāng)粗糙,。

這讓人們意識(shí)到,，高爾夫球的表面越是粗糙,，打得就越遠(yuǎn)。所以,，后來(lái)的高爾夫球表面不再是光滑的了,，而是布滿無(wú)數(shù)的“小酒窩”。

圖片作者：Wolfye

高爾夫球的變遷（圖片來(lái)自1919年出版的《高爾夫50年》一書）

現(xiàn)在出售的高爾夫球,，其表面大約有250-450個(gè)“小酒窩”,，最高紀(jì)錄是在一個(gè)球上有1070個(gè)小酒窩。

任教于浙江大學(xué)38年的毛根海教授,，其在所著的書《奇妙的流體運(yùn)動(dòng)科學(xué)》一書中,，有這么一個(gè)數(shù)據(jù)：

同等條件下，布滿小酒窩的高爾夫球,，它在飛行中所受到的阻力只有光滑球的一半,，而飛行距離是光滑球的5倍。

問(wèn)題來(lái)了,，為什么粗糙球比光滑球飛得更遠(yuǎn),？原因很簡(jiǎn)單，先來(lái)看一個(gè)例子,。

1968年,，阿波羅8號(hào)飛船返回地球大氣層時(shí)示意圖（圖片來(lái)自NASA）

如上圖,，飛船在返回地球大氣層時(shí)，由于速度極高,，飛船前方與大氣劇烈沖撞,，壓力極高，反過(guò)來(lái)呢,，后方的空間,，壓力很小，這是因?yàn)轱w船高速下落時(shí)會(huì)排開(kāi)空氣,，后方空氣少了,，壓力當(dāng)然就小了。而后方壓力小會(huì)產(chǎn)生一種抽吸的力,。

物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí),，前后壓力差所帶來(lái)的阻力就叫做“形狀阻力”。

現(xiàn)代核潛艇為什么全使用“水滴型”外形,？這也是為了減少形狀阻力,。

在《核潛艇在哪兒跑得更快？深海還是水面,？很多人之前都錯(cuò)了》一文中,，我們探討了潛艇多使用“水滴型”外形的成因,。

如上圖,，頂部的垂直豎版,，其形體阻力最大，原因是其后方的“低壓區(qū)”面積最大,，第二個(gè)球體的低壓區(qū)有所減少,，直至底部的水滴型，其形狀阻力最小,。

也就是說(shuō),，相同條件下，要想減少阻力,，一個(gè)最有效的是：想辦法減少其后方的低壓區(qū)面積,。

但高爾夫球總不能像核潛艇一樣，也做成水滴型,，怎么辦,？通過(guò)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn),，光滑的與布滿小酒窩的球相比,，后者產(chǎn)生的低壓區(qū)面積更少。

圖片來(lái)自航空航天工程師Jeffrey A。 Scott,。

球上的無(wú)數(shù)小酒窩,，它可以起到讓空氣緊貼球面的作用，這使得平滑的氣流能順著球體表面延伸到更靠后的位置時(shí)才產(chǎn)生分離,。

守門員的噩夢(mèng)

普天同慶（圖片來(lái)自Shawn Smith）

“普天同慶”,，這是2010年南非世界杯指定用球，這也是一個(gè)飽受非議的足球,。

“它像個(gè)神經(jīng)病,。”有球員這樣說(shuō),。

“這個(gè)球是超自然的,。它的軌跡很奇怪，似乎它不喜歡有人踢它,?！庇星騿T這樣說(shuō)。

“它是個(gè)地?cái)傌洠　庇星騿T這樣痛斥,。

…………

…………

無(wú)疑,，普天同慶足球是最近幾屆世界杯中，最飽受批評(píng)的一個(gè)足球,。

而在它還剛剛面世時(shí),，生產(chǎn)廠家就宣傳說(shuō)：這個(gè)球只用了8塊表皮就將足球拼接完成，完美地包住了內(nèi)膽,，這是史上最圓的足球,。

不幸的是……

“對(duì)足球而言，最重要的一點(diǎn)是粗糙度,?！盉BC采訪空氣動(dòng)力學(xué)家梅塔博士時(shí)，梅塔博士這樣說(shuō),，“粗糙度的大小,，決定了出現(xiàn)‘蝴蝶球效應(yīng)’的最佳臨界速度是多少?！?/p>

所謂蝴蝶球,，這是指棒球賽中的一種球路。其特點(diǎn)是,，投手投出的球,，速度一般般，但這是為了盡量減少球在飛行中的旋轉(zhuǎn),，以便造成不穩(wěn)定和無(wú)法預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)軌跡,。

如上圖,，拿著球棒的打者面對(duì)飄忽不定的棒球，最終傻眼,。

足球上的“香蕉球”現(xiàn)象,，要求足球旋轉(zhuǎn)的足夠快，如此才能讓足球繞過(guò)人墻,，射進(jìn)球門,。

但棒球上的“蝴蝶球”效應(yīng)卻要求投出的棒球盡量不旋轉(zhuǎn)，這是為什么,？

棒球（圖片來(lái)自O(shè)lsin.se）

棒球上面有縫線,，在飛行過(guò)程中，氣流經(jīng)過(guò)縫線時(shí),，會(huì)產(chǎn)生更多湍流,，由于左右不對(duì)稱，湍流增加了棒球側(cè)面的偏轉(zhuǎn)力。

圖片來(lái)自Pallo valmiina

常規(guī)足球通常將32塊球面通過(guò)縫線拼合而成,，縫線的總長(zhǎng)度以及縫線的深度決定了足球的光滑度,，縫線越多越粗糙。

常規(guī)足球一般在48公里每小時(shí)球速時(shí)才會(huì)產(chǎn)生最大化的“蝴蝶球效應(yīng)”,。

而普天同慶足球,，由于其總縫線長(zhǎng)度很短，導(dǎo)致其成為當(dāng)時(shí)最光滑的足球,，經(jīng)過(guò)空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn),，人們發(fā)現(xiàn)，在80~88公里每小時(shí)球速時(shí),，普天同慶才會(huì)產(chǎn)生最大化的蝴蝶球效應(yīng),，而80公里左右時(shí)速恰恰是射門，以及任意球的典型球速,。

以上,，就是普天同慶飽受批評(píng)的原因。

2014年的巴西世界杯,，其指定用球是“桑巴榮耀”,。來(lái)自謝菲爾德哈勒姆大學(xué)的研究人員肖賓博士，它經(jīng)過(guò)測(cè)量后發(fā)現(xiàn),，對(duì)于球面縫線接合處的深度,，桑巴榮耀是普天同慶的3倍多[1]。

另外,，普天同慶的接合線總長(zhǎng)大約是203厘米,，而桑巴榮耀縫線總長(zhǎng)度高達(dá)327厘米。

增加縫線長(zhǎng)度以及縫線的深度,，目的就是為了增加足球的粗糙度,。

在接受BBC采訪時(shí)，肖賓博士說(shuō)：表面粗糙的足球飛得更遠(yuǎn),，在高速射門時(shí),，產(chǎn)生的蝴蝶球效應(yīng)越少。

俄羅斯世界杯指定足球

圖片來(lái)自ДмитрийСадовников

本屆俄羅斯世界杯的指定用球是“電視之星”（英文名Telstar 18）,，顯然,，因?yàn)橛辛似仗焱瑧c足球的教訓(xùn)在先，新球“電視之星”應(yīng)該不會(huì)再被球星們罵成是神經(jīng)病,、地?cái)傌浀鹊取?/p>

研究人員測(cè)量了電視之星接縫長(zhǎng)度,，發(fā)現(xiàn)它比桑巴榮耀的接縫長(zhǎng)度多了30%，為避免太過(guò)粗糙,，電視之星的縫線深度有所減少[2],。

“今年的球與以前的球不會(huì)有太大的不同,。”來(lái)自林奇堡弗吉尼亞大學(xué)的物理學(xué)研究人員說(shuō),。

而日本筑波大學(xué)的研究人員則將新球放進(jìn)風(fēng)洞進(jìn)行實(shí)驗(yàn),，他們發(fā)現(xiàn)，新球的空氣動(dòng)力特性與桑巴榮耀相似,。

如上,，本屆世界杯用球應(yīng)該是沒(méi)多大問(wèn)題。然而,，對(duì)于普通大眾,，尤其是男性球迷們來(lái)說(shuō)，這個(gè)球最大的不足是球面的馬賽克花紋,，這太不好了,。

馬賽克臭名遠(yuǎn)揚(yáng)，這是人所共知的,。

最后,，祝大家看球愉快！