空氣動力影響羽毛球的飛行周期

第九部分 擊球大法之空氣動力

羽毛球有16根羽毛和球托組成，而羽毛是由鵝和鴨的飛羽（正羽）製作而成，是鳥類可以自由飛翔的很重要的表皮衍生物，作為羽毛球的重要組成部分或許跟空氣動力有著密切的聯繫。

前文中講了很多羽毛球技術動作，而這些技術大多受空氣動力的限制，如果能了解其中的奧秘也許能讓你更接近羽毛球的世界！

第一章 自轉與偏心

理論一：地轉偏向力，地球自轉而產生的不同緯度的線速度差異會造成地表物體的運動發生偏向。

地轉偏向力對海洋產生作用就形成了洋流，北半球的洋流順時針運行，而南半球的洋流則是逆時針運行。

地轉偏向力對天空產生作用，就會形成颱風（颶風），北半球稱之為颱風，逆時針轉動，南半球稱之為颶風，順時針轉動。

颱風是由熱帶上升氣流形成的，所以產生氣旋的方向與洋流相反，羽毛球旋轉的原理與此類似（僅指重力下墜旋轉部分）。

1）羽毛球飛行時會自轉，在北半球，從球尾看是逆時針，從球頭看是順時針，這是由毛片的排列方式決定的，這個排列方式恰恰符合了地轉偏向力的方向。

所以從理論上來說，南半球的羽毛球應該是反向排列的（毛片排列相反，從球尾看順時針轉動）

基於羽毛球自轉的這個特性，在實際對戰時會產生以下兩方面的影響。

2.1）偏心性：左右手握拍的球員分別有各自的技術優勢

由於球是逆時針旋轉的，所以對於右手球員來說，內旋擊球無法使球主動旋轉，只有在正手劈吊時才有可能第一時間讓球轉動。

而左手球員的優勢就體現出來了，大多的內旋擊球都可以讓球產生旋轉

換言之，在同等的條件下，左手球員內旋擊球速度快（重殺快），右手球員外旋擊球速度快（劈殺快，反手快）。

除此之外，人類心臟在左邊，左手離心臟更近，相對來說，動力的輸出更快；另一方面，人的大腦有一定的分工，左腦支配理性，精通邏輯性，控制右手，右腦支配感性，精通空間認知，控制左手，所以相對的來說，左手球員在球場空間感知、預判能力和節奏感上更為優越。

當然老天是公平的，左手在反手球和防守方面有一定的缺陷（也是因為自轉方向所造成的），同時相對理性的右手球員能在大局的掌控上更加精準。

（註：高速旋轉的物體會產生更多的摩擦阻力，在軍事領域，雖然旋轉的穩定性得到了一致的認可，但關於旋轉是否能減少阻力一直是備受爭議的，對於羽毛球來說另一種觀點認為僅僅是因為左手球員的稀缺性，導致右手球員普遍不適應而已，跟旋轉方向無關）

2.2）偏向性：羽毛球在飛行時有迴旋偏向的可能性

從理論上來說，球的飛行線路會具有一定的偏向性，如下圖所示。

在實際擊球過程中出現這種偏向的原因跟足球的香蕉球類似，是由馬格努斯效應而產生的外力作用引起的，而地轉偏向力的作用則可以忽略不計，詳見下文。

第二章 阻力與減速

理論二：空氣阻力，移動的物體會受空氣阻力而速度變慢，主要由摩擦阻力、迎風阻力和渦流阻力三個部分組成。

1）飛行越快阻力越大，減速越快，屬於迎風阻力，迎風阻力跟速度的平方成正比，簡單的說每增加一點速度，空氣阻力就會翻倍的增加，所以即使有300公里的殺球初速度，落地時也只剩幾十公里。

2）空氣密度越大阻力越大，屬於摩擦阻力，氣壓高、密度大、空氣粘稠度就大、阻力也就越大，所以在冬天（氣壓高）使用的球要比夏天（氣壓低）的球速快，平原用球比高遠的球速快。（註：冬天球速慢、夏天球速快；平原球速慢、高遠球速快）

理論三：馬格努斯效應，物體的旋轉軸與飛行方向不一致的情況下，空氣受摩擦阻力擠壓產生壓力差，導致飛行偏轉，足球中的香蕉球和乒乓球中的弧旋球都是這個原理。

3）迎風面積越大，阻力越大，屬於迎風阻力，實際飛行過程中會出現如下兩種情況：

一是在飛行時毛片打開阻力變大減速，或者毛片收攏阻力變小加速，有點像水母的前進方式。

二是偏向飛行時會受到更多側向風阻（大概是正常風阻的1.5倍），減速更快，側向風阻也是吊球的主導理論之一。

這種偏向不僅會增加阻力使球減速，還會導致飛行線路發生向右偏轉的可能性，由於擊球時球頭受拍線的彈力作用會調轉向上，所以偏轉基本都是向右的，跟地轉偏向力一致

下圖中業餘愛好者出球時球頭髮生了偏向，所以他的殺球不僅球速慢，而且還會向右偏轉。

理論四：尾流效應，高速移動的物體尾部會真空，產生前後（羽毛內外）壓力差，並且在尾部出現渦流

尾部渦流，可以擾亂飛行線路上的氣流，造成極大的危害

在賽車的世界裡，前車可以利用尾流擾亂車後的氣流，而後車也可以利用真空區跟隨前車。

鳥類長途遷徙時排成人字形或者一字形也是利用這個原理降低飛行時的能量損耗。

4）旋轉越快，「減速越慢」，飛行越穩定（陀螺儀穩定效應），屬於渦流阻力和摩擦阻力，所以我們在增加出球速度的同時要儘可能讓球轉起來，類似槍炮的膛線，讓子彈轉起來可以飛的更遠更穩，自轉方式詳見前文。

同時毛片的轉動會像螺旋漿一樣，吸進空氣，並輸出一定的推進力，故摩擦阻力會相應減弱（推進力相對於迎風阻力來說是可以忽略不計的）

（註：教材的觀點認為，渦流阻力是由旋轉產生的空氣附面分離現象造成的，即外側空氣穿過毛片的間隙並在外側形成空氣分離層（負壓），故摩擦阻力會降低、而尾部的不穩定渦流以及因負壓而打開的毛片會產生一定的阻力作用，見下圖）

5）在一定的速度下，毛片會向中心彎曲收攏，屬於迎風阻力，羽毛球高速飛行時，尾部的真空狀態會使毛片外側的壓力大於內側，繼而出現毛片向心收攏的現象。

（教材的觀點認為：空氣阻力是由摩擦阻力和壓差阻力兩部分組成，在一般情況下兩種力同時存在，但兩者並非保持為同一數量級，在一些情況下，摩擦阻力佔主要地位，而在另一些情況下壓差阻力佔主要地位，兩者所佔比例的大小，故羽毛球在飛行前期，速度快，迎風阻力佔主導地位，而在飛行後期，速度慢，迎風阻力衰減，渦流阻力佔主導地位，因此旋轉速度更快的球會在後期產生更多的渦流阻力）

理論五：離心力，使旋轉的羽毛遠離旋轉中心

6）低於一定速度時，羽毛球的迎風阻力會衰減，毛片會從收攏狀態恢復原狀，此時，渦流阻力佔主導，在羽毛的彈性和離心力的共同產生作用下，使羽毛向外打開，阻力增加。

理論六：重力加速度，物體受重力作用會產生向下的加速度

7）羽毛球在飛行後期會由原來的直線飛行逐漸變為向下的拋物線，擊球的動能被空氣阻力消耗殆盡，減速作用降低，此時重力會加速球頭下墜，趨向於勻速，見下圖中的B-C-D段。

第三章 振幅和周期

羽毛球飛行的特性（阻力、尾流、振動、重力）會使羽毛球的飛行產生幾個周期：加速期、減速期、穩定期、衰減期、重力期，這些周期大多與羽毛球飛行時毛片開合的頻率和幅度有關。

1）擊球加速期（毛片一次收攏）

拍面擊打羽毛球，使其掉頭並高速彈離球拍，是球拍傳遞動能的過程，主要分兩個部分，一是球拍對球的撞擊加速作用；二是撞擊後拍線和羽毛的反彈作用。

2）第一減速期（毛片一次開合，迎風阻力和摩擦阻力佔主導）

當羽毛球達到最大球速時，開始急劇減速，是飛行過程中第一次減速，也是減速最快的一次，這個減速從球離開拍面就開始了，確切的說減速期發生了2次比較大的減速，這是由羽毛的前兩次較大幅度的振動造成的，並且速度曲線是波浪形的。（註：大多情況下，該階段羽毛球不會旋轉，故渦流阻力幾乎沒有作用）

（註：實際飛行中有羽毛會保持一定的振動，前兩次是比較主要的，後期的振動幅度對速度的影響較小，從數據上可以看到相應的波動）

3）穩定飛行期（毛片再次收攏，迎風阻力佔主導）

在接下來的飛行過程中，毛片大多時間會受空氣壓差的影響而保持一定的收攏狀態，該階段羽毛球開始旋轉，渦流阻力（外側負壓）的產生會降低摩擦阻力，且毛片會被迎風阻力完全壓制無法打開。

4）飛行衰減期（毛片再次開合，渦流阻力佔主導）

當飛行時速降低至一定數值（大概在80-120公里左右，貌似與汽車的安全時速有一定的聯繫），迎風阻力衰減，壓差減少，毛片會受羽毛的彈性和離心力以及渦流阻力的作用而向外打開，迎風阻力再次增加，則會再一次出現明顯的減速。

這個過程會同樣會因毛片的開合而形成僵持的局面，再次出現速度波浪曲線，到了在衰減後期，快速球會因渦流阻力而大幅降速並低於慢速球，這也是吊球旋轉減速的核心理論之一。

（註：球速快的時候，空氣相當於很高的風速把球吹轉了，而當球速降低，則風速降低了，但球的轉速並沒有降低，此時的空氣相當於被旋轉的羽毛球給吸了進去（如：電風扇、吸塵器），形成外側負壓，羽毛會被打開，阻力增大，在僵持一段時間後，最終導致轉速快的球大幅減速，因為羽毛球的自重較輕，即便產生了一定的推進力但跟空氣阻力比起來就顯得微乎其微了）

初始球速慢，旋轉慢，渦流阻力小，減速慢，拋物線平順下滑

初始球速快，旋轉快，渦流阻力大，減速快，拋物線拐點明顯

5）重力加速期

隨著不斷的減速，動能即將消失，重力的作用開始體現，出現下墜現象，速度會逐漸趨向勻速。

總而言之，空氣動力對於羽毛球的飛行線路和速度有著重要的指導作用，後期的阻力和重力作用屬於不可抗力，而前期的減速會因擊球方式的不同而改變，這是擊球手法很重要的研究方向，合理的利用飛行特點可以提升出球效率，本文作為殺吊理論的基礎，希望能給廣大愛好者提供一個參考方向。

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