羽毛球运动的起源可以追溯到一千多年前,但现代版的球拍运动却起源于 19 世纪末的英国。如今,它是世界上第二受欢迎的运动,仅次于足球,估计有 2.2 亿人喜欢踢球。在过去的三十年里,羽毛球一直是一项竞技性的奥林匹克运动,并且“扣杀”击球的“鸟”速度超过 300 英里/小时,这无疑使其成为一项激动人心的观赏性运动。
毽子,也称为小鸟或小鸟,传统上由鸭毛制成,但尼龙毽子因其卓越的耐用性而得到更广泛的使用。然而,它们的飞行行为与传统的羽毛小鸟有很大不同。
在AIP 出版社出版的《流体物理学》一书中,印度的三名科学家探索了尼龙羽毛球在不同飞行速度下的空气动力学性能。通过基于双向流固相互作用的计算分析,该团队将控制气流的方程与确定羽毛球在飞行中裙部变形的方程耦合起来。
“我们通过检查羽毛球上的空气动力及其在每种飞行速度下的变形来研究流动,”作者桑杰·米塔尔说。“裙子上的压力导致它向内变形,并且这种变形随着速度而增加。”
该团队确定了四种不同的变形机制。当速度低于每秒 40 米(89 英里/小时)时,尽管横截面变形,裙部仍能保持圆度;当速度较高时,它会弯曲并变形为方形,然后径向振动。最终,它经历低频波状周向变形。
“羽毛球的横截面积随着速度而减小,从而降低了通过羽毛球的气流速率,”米塔尔说。“当羽毛球变形时,羽毛球内部形成的涡流结构会减弱。由于这些效应,与刚性羽毛球相比,变形的羽毛球提供的空气阻力要低得多。”
该研究的计算结果证实了实验测量结果,解释了为什么鸭毛羽毛球不像尼龙羽毛球变形那么多的现象学,以及为什么两者在高速飞行时有很大不同。从接球球员的角度来看,尼龙羽毛球的运动速度越快,回球就越困难。
最终,这项研究可能代表这项深受人们喜爱的运动历史上的新弧线。
米塔尔说:“我们的研究为改进设计开辟了可能性,使尼龙羽毛球的结构更加坚硬,从而更接近地模仿羽毛羽毛球的空气动力学性能。” “从字面上看,这可能会改变游戏规则。”