奇妙的高尔夫球—高尔夫球中的力学原理

• 1. 足球的飞行轨迹要求的是飘忽不定 • 2. 足球并不看重飞行距离 • 3. 高尔夫球呢?

当物体快速飞行时, 在物体前面和后 面产生了很大的压差, 即前面的压力 大, 后面的压力小。高尔夫球往左边 飞行. 周围带箭头的线表示球附近的 空气分子的流动轨迹. 图a表示球飞 行速度慢, 图b 表示飞行的速度快. 在图a上由于球的速度慢, 所以球附 近的流体分子基本上是贴着球面流 动的, 这时球所受的阻力基本上是由 流体的黏性阻力组成.在图b上, 由于 球飞行得快了, 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 也称为边界层分离. 边界层分离总是 和漩涡同时产生的.

• 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, 所以高尔夫球在 由皮革改用塑胶后飞行距离 便大大缩短了. 为此人们不 得不把高尔夫球做成麻脸的, 即表面布满了圆形的小坑。 麻脸的高尔夫球有小坑, 飞 行时小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 形成的漩涡区小很多, 从 而使得前后压差所形成的 阻力大为减小.实际上,对 光滑的高尔夫球, 一杆子 最多飞行数十米, 而麻脸 的高尔夫球一杆子可以飞 行二百多米. 可见高尔夫 球麻脸的减阻效果是非常 明显的.

• 最早空气被想象为没 有黏性的, 或者说是没 有摩擦的.这时流过物 体表面的流体质点和 物体表面质点的速度 可以不同, 它们之间是 有正压力却没有切向 力。这就好像把重物 体在另一物体的水平 面上拖着走时没有阻 力一样

表面光滑的球 容易飞“偏”, 下坠明显,飞 行距离不远。 不符合高尔夫 球的要求。

• 这个球一方面前进,同时还绕水 平且垂直于前进方向的轴作旋 转. 如图(a) ,球的上表面相对的 流速大,下表面相对流速小.按照 流体力学中大家都熟悉的伯努 利定律, 沿着一根流线, 速度大 的地方压力小,速度小的地方压 力大.就是说在图(a)球的上表面 压力小下表面压力大, 在这个压 力差下球受一个向上的力,所以 它在飞行中有一个向上飘的趋 势.同样的道理,图(b)球受一个 向下的力,所以它在飞行中有一 个向下沉的趋势.