說足球之前，咱們先來說說高爾夫球,，因為它有一個讓人大跌眼鏡的現(xiàn)象：越是光滑的高爾夫球,，越是飛不遠。

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！

這實在是有違人們的正常認知,，我們都認為,，球形是最完美的形體，表面越是光滑,，則在飛行的過程中,，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,。

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,，這樣的球很難做出標準的球體。1898年后，高爾夫球的制作材料逐漸被橡膠替代,，但人們卻在這時發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象：使用時間越長的球,，打得越遠。

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

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

圖片作者：Wolfye

高爾夫球的變遷（圖片來自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“小酒窩”,，最高紀錄是在一個球上有1070個小酒窩,。

任教于浙江大學(xué)38年的毛根海教授，其在所著的書《奇妙的流體運動科學(xué)》一書中,，有這么一個數(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,。

問題來了,，為什么粗糙球比光滑球飛得更遠,？原因很簡單，先來看一個例子,。

1968年，阿波羅8號飛船返回地球大氣層時示意圖（圖片來自NASA）

如上圖,，飛船在返回地球大氣層時,，由于速度極高，飛船前方與大氣劇烈沖撞，壓力極高,，反過來呢,，后方的空間，壓力很小,，這是因為飛船高速下落時會排開空氣,，后方空氣少了，壓力當然就小了,。而后方壓力小會產(chǎn)生一種抽吸的力,。

物體在流體中運動時，前后壓力差所帶來的阻力就叫做“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,，相同條件下,，要想減少阻力，一個最有效的是：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,？通過流體力學(xué)實驗,，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,。

圖片來自航空航天工程師Jeffrey A,。 Scott,。

球上的無數(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才產(chǎn)生分離,。

守門員的噩夢

普天同慶（圖片來自Shawn Smith）

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

“它像個神經(jīng)病?！庇星騿T這樣說,。

“這個球是超自然的。它的軌跡很奇怪,，似乎它不喜歡有人踢它,。”有球員這樣說,。

“它是個地攤貨,！”有球員這樣痛斥。

…………

…………

無疑,，普天同慶足球是最近幾屆世界杯中,，最飽受批評的一個足球。

而在它還剛剛面世時,，生產(chǎn)廠家就宣傳說：這個球只用了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……

“對足球而言,，最重要的一點是粗糙度?！盉BC采訪空氣動力學(xué)家梅塔博士時,，梅塔博士這樣說，“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,。”

所謂蝴蝶球,，這是指棒球賽中的一種球路,。其特點是，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)定和無法預(yù)測的運動軌跡,。

如上圖，拿著球棒的打者面對飄忽不定的棒球,，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人墻,，射進球門。

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（圖片來自O(shè)lsin.se）

棒球上面有縫線，在飛行過程中,，氣流經(jīng)過縫線時,，會產(chǎn)生更多湍流，由于左右不對稱,，湍流增加了棒球側(cè)面的偏轉(zhuǎn)力,。

圖片來自Pallo valmiina

常規(guī)足球通常將32塊球面通過縫線拼合而成，縫線的總長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公里每小時球速時才會產(chǎn)生最大化的“蝴蝶球效應(yīng)”。

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

以上,，就是普天同慶飽受批評的原因,。

2014年的巴西世界杯，其指定用球是“桑巴榮耀”,。來自謝菲爾德哈勒姆大學(xué)的研究人員肖賓博士,，它經(jīng)過測量后發(fā)現(xiàn)，對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大約是203厘米,，而桑巴榮耀縫線總長度高達327厘米,。

增加縫線長度以及縫線的深度,，目的就是為了增加足球的粗糙度。

在接受BBC采訪時,，肖賓博士說：表面粗糙的足球飛得更遠,，在高速射門時，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，因為有了普天同慶足球的教訓(xùn)在先,，新球“電視之星”應(yīng)該不會再被球星們罵成是神經(jīng)病,、地攤貨等等。

研究人員測量了電視之星接縫長度,，發(fā)現(xiàn)它比桑巴榮耀的接縫長度多了30%,，為避免太過粗糙，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有太大的不同,。”來自林奇堡弗吉尼亞大學(xué)的物理學(xué)研究人員說,。

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

如上,，本屆世界杯用球應(yīng)該是沒多大問題。然而,，對于普通大眾,，尤其是男性球迷們來說，這個球最大的不足是球面的馬賽克花紋,，這太不好了,。

馬賽克臭名遠揚，這是人所共知的,。

最后,，祝大家看球愉快！