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盘点不同球类运动，谁是“球中之王”？******
近日，在世界杯比赛中
葡萄牙队3比2险胜加纳队
下半场，C罗通过点球
帮助葡萄牙队取得领先
图源：FIFA
被判点球后C罗亲吻足球
他闭上双眼，深呼吸
然后助跑、果断起脚
皮球势大力沉直窜对方球门
图源：新华社
C罗也成为历史首位
连续五届世界杯取得进球的球员
大家观看比赛时有没有想过
在如此多的球类运动中
足球的球速是最快吗？
哪种球飞得最远？
球速之“王”竟然是它？
所有球类运动无非是用手、脚、球棒或球拍击打球，球的尺寸、形状和重量差异使得它们具有不同的速度以及运动轨迹。
那么问题来了，在这些球类运动中，速度最快的是哪种球？是令人热血沸腾的足球，是挥汗如雨的网球，还是快得看不清轨迹的乒乓球？
图源：摄图网
答案其实是外形最不像球的羽毛球。
目前吉尼斯官方认可的最快的羽毛球记录来自丹麦选手科丁，2017年1月10日，在印度羽毛球超级联赛上，科丁在正式比赛中杀出一记速度高达426 公里/小时（约118 m/s）的杀球。这意味着什么？这个记录中羽毛球的最高速度，比“复兴号”动车组列车最高运行时速（400公里/小时）还要快。
图源：Physics of ball sports各种球类运动的最高运动速度
羽毛球为什么能飞得那么快？原因其实并不复杂，主要是因为羽毛球比较轻（重量只有5克），并且球拍足够长（不超过680mm）。
图源：Annu. Rev. Fluid Mech 各种球的尺寸、重量及速度等基本参数
球体在空中的运动往往只受到空气阻力和重力的作用，它的速度一般只会逐渐减小（篮球等例外）。想要获得最快的运动速度，球体需要在离开运动员接触的瞬间获得最大的加速度。相对于网球、足球和其它球体，羽毛球非常轻，因此同等大小的力在它身上则会产生更大的加速度。
图源：Physics of ball sports 高尔夫球和羽毛球的挥拍动作
最能“飞”的球——高尔夫球
高尔夫球是飞得最远的球，单次击球可以移动200米以上，标准高尔夫球场，一般布置18个球洞，总长度要控制在6002～6400米，球场面积50～75公顷（1公顷=10000平方米），实际大小要根据球场的地形来确定。
不仅如此，高尔夫还走出了地球，成为了首个星际间的球类运动项目。1971年2月6日，执行阿波罗14号任务的宇航员艾伦·谢帕德（Alan Shepard）挥动球杆在月球上打起了高尔夫球，从而使他成为有史以来第一位，也是目前唯一一位在月亮上打过高尔夫球的人。
图源：NASA 正在月球打高尔夫球的宇航员艾伦
高尔夫球有一个让人大跌眼镜的现象：越是光滑的高尔夫球，越是飞不远。
我们都认为，球形是最完美的形体，表面越是光滑，则在飞行的过程中，球面与大气的摩擦就越少，同等用力的情况下，理应飞得越远。但是，高尔夫球不是这样。
图源：《高尔夫50年》高尔夫球的变迁
毛根海教授所著《奇妙的流体运动科学》一书中，有这么一个数据：同等条件下，布满小酒窝的高尔夫球，它在飞行中所受到的阻力只有光滑球的一半，而飞行距离是光滑球的5倍。物体在流体中运动时，前后压力差所带来的阻力就叫做“形状阻力”。现代核潜艇使用“水滴型”外形就是为了减少形状阻力。
图源：科普中国
如上图，顶部的垂直竖版，其形体阻力最大，原因是其后方的“低压区”面积最大，第二个球体的低压区有所减少，直至底部的水滴型，其形状阻力最小。通过流体力学实验，人们发现，光滑的与布满小酒窝的球相比，后者产生的低压区面积更少。球上的无数小酒窝，它可以起到让空气紧贴球面的作用，这使得平滑的气流能顺着球体表面延伸到更靠后的位置时才产生分离。
图片来自航空航天工程师Jeffrey A. Scott
最受欢迎的球类运动——足球
无论是从影响力、参与人数还是赛事热度来看，足球都是当之无愧的世界第一运动。不过今天既然讲到球速和形体阻力的问题，那么我们也一起来看看足球缝线对足球轨迹的影响。
图源：百度百科
普天同庆足球是2010年南非世界杯决赛阶段设计的新款足球，也是最近几届世界杯中，最饱受批评的一个足球。在它还刚刚面世时，生产厂家就宣传说：这个球只用了8块表皮就将足球拼接完成，完美地包住了内胆，这是史上最圆的足球。
然而，这颗球却是守门员的“噩梦”。空气动力学家梅塔博士提出，“粗糙度的大小，决定了出现‘蝴蝶球效应’的最佳临界速度是多少。”
蝴蝶球轨迹蝴蝶球指的是球在空中飞行时几乎没有旋转，从而导致它的飞行轨迹不可预测，守门员很难判断。蝴蝶球的原理是球表面上有缝线，在飞行过程中，气流经过缝线时，会产生更多湍流，由于左右不对称，湍流增加了球侧面的偏转力。尾流左右摇摆，飞行飘忽不定，如飞舞蝴蝶。
图源：中国科普博览常规足球通常将32块球面通过缝线拼合而成，缝线的总长度以及缝线的深度决定了足球的光滑度，缝线越多越粗糙。常规足球一般在48公里每小时球速时才会产生最大化的“蝴蝶球效应”。
而普天同庆足球，由于其总缝线长度很短，导致其成为当时最光滑的足球，经过空气动力学试验，人们发现，在80～88公里每小时球速时，普天同庆才会产生最大化的蝴蝶球效应，而80公里左右时速恰恰是射门，以及任意球的典型球速。
END
资料来源：央视科教、科普中国、中国科普博览、知乎
整理：董小娴
东西问丨范德伟：“中华第一灯”西汉长信宫灯有何“黑科技”？******
中新社石家庄2月3日电 题：“中华第一灯”西汉长信宫灯有何“黑科技”？
——专访河北博物院研究馆员范德伟
中新社记者 牛琳
长信宫灯，一眼千年。作为河北博物院“镇馆之宝”和中国首批禁止出国(境)展览的文物之一，“中华第一灯”长信宫灯身上藏着哪些“黑科技”？它何以成为中国2000多年前就已着手治理室内空气污染的实证？其中蕴藏着古人怎样的设计理念和智慧？河北博物院学术研究部研究馆员、河北省博物馆学会秘书长范德伟近日就此接受中新社“东西问”专访，解读长信宫灯“黑科技”之谜及其在世界灯具史上的独特价值。
视频：【东西问·镇馆之宝】范德伟：“中华第一灯”西汉长信宫灯何以成为绿色环保灯具“鼻祖”？来源：中国新闻网
现将访谈实录摘要如下：
中新社记者：拥有2000多年历史的西汉长信宫灯，为什么被誉为“中华第一灯”？
范德伟：长信宫灯约制成于西汉前期，距今已2000多年。这盏灯1968年出土于河北省保定市满城汉墓，为西汉时期中山靖王刘胜之妻窦绾墓中随葬品。因灯身有“长信”字样的铭文，遂定名为“长信宫灯”。
长信宫灯整体造型是一位跪地持灯的汉代年轻宫女，两臂之间托持着一盏带罩铜灯，通体鎏金。其造型一改以往青铜器皿的神秘厚重，显得轻巧华丽，实为罕见。这位宫女梳发髻，覆巾帼，身穿广袖长衫，跣足跪坐，把汉代宫女的一个日常姿态定格在灯具之上，造型优美、大气朴拙，具有突出的审美价值。
西汉长信宫灯，现藏于河北博物院。河北博物院供图灯最基本的功能是照明。这款灯高48厘米，放置于案几之上与古人跽坐时的视线同高，符合当时人们席地而坐的生活习惯。令人惊奇的是，它还能对照明效果进行调整。长信宫灯的灯罩部分由两个弧形屏板组成，合拢后为圆形，嵌于灯盘的槽之中，其中一块屏板可以左右开合，以调节灯光的照射方向和亮度，类似于今天使用的台灯。
从科学性看，长信宫灯带有导烟管和灯罩，使用时油烟进入中空的灯体，解决了油灯的烟熏问题。并且，长信宫灯采取分铸套接，宫女身体的头部、身躯、右臂和灯座、灯盘、灯罩分别铸造组合而成。各部分严丝合缝又装插自如，清理烟灰烟垢十分方便。其制作工艺水平之高，在汉代宫灯中首屈一指。
承载着汉代青铜灯具独特造物美学的长信宫灯，将人物、灯与排烟功能完美结合，浑然天成，其功能性与艺术性和谐统一，达到极致，是展示汉文化精髓的经典之物，亦是中国古代青铜灯具中的巅峰之作，因此被誉为“中华第一灯”。
中新社记者：为何美国前国务卿基辛格在参观完长信宫灯后称“中国在两千多年前的汉代就具有环保意识”？它蕴含着中国古人什么样的设计理念和智慧？
范德伟：长信宫灯的设计中，最为突出的是它蕴含的环保理念。由于当时还没有蜡烛，都是点灯烛，主要成分是动植物油脂。以此作为照明燃料，虽实现了照明功能，但燃烧时烟尘较大，往往使室内空气污浊、烟雾弥漫，并伴有刺鼻的气味。
长信宫灯将玄机隐藏在宫女右臂宽大的袖口所形成的排烟通道——导烟管之中。宫女一手执灯，另一手袖似在挡风，实为导烟管，它的一端连接灯盘，另一端连接宫女中空的身体，点燃后产生的烟气烟灰在热力推动作用下，沿着袖管进入并存储在灯体内，直到落入宫女身体底部，从而实现收纳污浊烟尘、清洁空气的目的。
这样的设计类似今天的烟道，但在2000多年前，实在堪称最先进的发明创造，说明中国早在西汉就已着手于居住环境空气污染的治理。
西汉长信宫灯(局部)。翟羽佳摄并且，长信宫灯的灯罩可以开合，既可挡风，又可调节灯光的照度和方向，关闭它，则可以防止烟尘和异味的外泄。
长信宫灯腹部藏烟、分向取光、鎏金灯体、分段设计，构思极其精妙，传达出古人超前的环保意识和器以载道、重己役物、以人为本、天人合一的设计理念。
相比西汉的长信宫灯，西方直到15世纪才由意大利科学家达·芬奇发明铁皮导烟灯罩，比长信宫灯晚了1500多年。因此，中国是最早发明利用导烟管和灯罩解决灯烟污染的国家，在环保造物实践中占据世界领先地位。以至于美国前国务卿基辛格在参观完长信宫灯后盛赞：“中国在两千多年前的汉代就具有环保意识。”
中新社记者：这款堪称“国宝”的汉代灯具，身上刻着的珍贵铭文揭示出它怎样的传奇经历和身世之谜？
范德伟：长信宫灯上刻有“阳信家”“长信尚浴”等9处共65字铭文，从内容、字迹和刻工看，不是一次刻上去的，说明是几经辗转才最终到了中山王后窦绾手中。但是对于这件灯具最初的主人是谁，有过怎样的流转经历，有不同的说法。
长信宫灯上刻有“阳信家”等铭文。河北博物院供图《满城汉墓发掘报告》认为，铜灯最初的持有者应该是阳信夷侯刘揭家，刘揭的儿子因“有罪国除”，这件华美的灯具也被没收，归窦太后居住的长信宫所有。窦太后是汉武帝刘彻及中山靖王刘胜的祖母，窦太后的娘家在清河观津(今河北省武邑县)，距中山国(都卢奴，即今河北省定州市，领14县，辖区大致在今河北省石家庄市北部和保定市中南部的部分地域)不远，因而推测窦绾与窦太后有亲缘关系，灯是窦太后赐予窦绾。
另有专家推测，长信宫灯最初的持有者“阳信家”指的是阳信长公主，即汉武帝刘彻的亲姐姐，她把这件灯具献给了窦太后，窦太后又转赠给了窦绾。
近期又有学者通过对铭文细节的梳理，提出长信宫灯最初的持有者是“长信尚浴”的窦太后，窦太后把灯赐给了阳信长公主，阳信长公主转赠给了窦绾。
西汉长信宫灯(局部)。河北博物院供图皇太后、诸侯王、长公主，再加上王后窦绾，这其中又有怎样曲折的流传经历或惊心动魄的故事？随着研究的不断深入和新的考古资料不断面世，真相会离我们越来越近。
中新社记者：为何说像长信宫灯这样的环保灯具在汉代就已盛行？它所带来的历史“灵感”如何启示今天？
范德伟：汉代是中国古代历史上繁荣和发展的时期之一，社会生产力水平得到极大恢复和提升，呈现盛世局面。
釭灯是灯具发展到汉代的一种创新灯型，这类灯具将减少烟尘污染的环保思想通过独特的灯具造型和结构加以实现，达到了科学、技术、美观、适用的完美结合。汉代釭灯堪称中国古代绿色环保灯具，长信宫灯正是其中的代表性精品。
有趣的是，像长信宫灯这样具有环保功能的汉代灯具并非孤例。如江苏省扬州市甘泉汉墓出土的错银铜牛灯，牛背上的灯盏同样设有灯罩，点燃后的烟尘通过灯罩、导烟管进入牛头和中空的牛腹；山西省朔州市平朔汉墓出土的西汉雁鱼铜灯，烟尘亦可以通过鱼和雁颈进入中空的雁腹，等等。这说明在中国汉代环保灯具已然盛行。
参观者拍摄错银铜牛灯。苏阳 摄2000多年后的今天，长信宫灯再次火出圈：北京2022年冬奥会火炬接力火种灯的创意即源于“中华第一灯”——西汉长信宫灯，是希望借“长信”之义，表达人们对光明和希望的追求和向往。
长信宫灯代表了中国汉代青铜灯具设计的最高水平，是汉代设计的典范，其技艺与理念均启示着当下。(完)
受访者简介：
范德伟，河北博物院学术研究部研究馆员，河北省博物馆学会秘书长。《大汉绝唱——满城汉墓》展览主创团队成员，先后受邀在央视“国宝档案”等栏目做专家访谈，央视“百家讲坛——满城汉墓”专题主讲人。主持或参与的《行山——中国传统文化的当代形塑》等多个展项在全国陈列展览评选中获奖。
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
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