高爾夫渦流(高爾夫球表面為什么有這么多小坑？)

高爾夫球外表為什么有這么多小坑？

高爾夫球外表為什么會有凹坑呢？約莫你從小就聽說過這個成績。然后你會取得一個反直覺的答案：給光球外表挖一些小坑，讓它變粗糙，可以減小阻力，在空中飛得更遠。

粗糙外表反而比平滑的阻力??？高中物理分明報告我，平滑外表的摩擦阻力更小呀。這個疑問不休伴隨著我的童年，以及青少年。直到上大學，乃至讀研討生，學了流精力學，才明白這些小坑為什么能減小阻力。

球在空中飛行時，是會有摩擦阻力，但這個相對較小，而起主導作用的是別的一個阻力，叫壓差阻力。球飛行時，周圍氛圍層產生分散，尾部構成低壓渦流區，遠小于球前線壓力，就構成了壓差阻力。

有個很神奇的流精力學征象，叫阻力危急，約莫意思是：隨小球速率增長，到達118約米每秒時，雷諾數約3.5×10^5，流體在小球頭部由于不安定性產生由層流到湍流的轉捩，招致分散延長，低壓渦流區變小，前后壓差變小，阻力就忽然變小了。關于外表有坑的球，這個坑增長了周圍氛圍活動的不安定性，好比高爾夫球在速率到17米每秒的時分，就已開頭產生層流到湍流的轉捩，讓分散延長，阻力系數就開頭減小了，在到達30米每秒的時分，阻力系數降到最低。以是在17-118米每秒的速率區間時，高爾夫球的阻力是遠小于光球的，而平常打高爾夫球的速率，恰好就在這個速率區間內。

為了佐證這一實際，用流體仿真軟件AICFD做了個模仿。建兩個模子，分散是光球和高爾夫球的。設置小球的飛行速率30m/s，盤算了一下，光球的活動分散點，在約莫80°的地點，而高爾夫球的分散點約莫在110度，分析30m/s時，高爾夫球以前產生了轉捩，分散延長，低壓渦流區面積也更小。

我們再定量統計一下氛圍阻力，光球的為0.34N。高爾夫球僅有0.12N，減阻后果十分分明。

實際加仿真，高爾夫球為什么有小坑，你懂了嗎？假如沒懂的話也沒干系，我們做個實行，親眼看一看?？释粫?。用建的模子，3D打印了一個光球和高爾夫球，兩球的輕重和質量基本一樣。

然后跑去木料廠，選了三根上好的木料。又買來了強力橡皮筋兒。你猜我要干嘛？為了堅持實行時，每次飛出的球度一律，我方案diy一個大彈弓，用相反的拉伸長度確保球速一律，你猜對了嗎？彈弓做好啦。

前方的實際和仿真，已分析了小球速率到達30米每秒時，阻力系數開頭降到最低。以是我們先測試拉伸多長，小球可以以30米每秒速率飛出。測試辦法很簡便，將小球平射出去，發射點的高度是1.3米，依據自在落體公式，小球下降0.5秒。那么讓它水平朝向飛出15米，對應的速率就是30米每秒啦。顛末測試，皮筋拉伸到這個長度，可以給小球射出30米每秒的速率，底下我們每一組實行都拉伸到這個距離，為了給小球一個初始飛行角度，讓它飛得更遠一點，我們之后的每組實行都把球拉伸到這個地點。發射、測距；發射、測距；發射、測距，但是。。。。。。。

這個數據，怎樣不同這么大，看不出任何紀律，應該是我發射點地點和角度控制得不太好，于是我改動方案，在地下打了個木樁作為起射點，確保它每次飛出去的發射點一樣，然后發射、測距；發射、測距；發射、測距，但是。。。。。。。，仍舊是沒有任何統計紀律的數字。即使發射點一樣，約莫我手捏著球的地點和力度也影響了它發射的速率和角度，要制止手的干擾；再次改動方案，我剪了布袋，暫且做了2個拉手，制止手與球直接交往，這次看看后果，發射、測距；發射、測距；發射、測距。。。。，數據亂到我想戳本人的眼睛，從早上9點出門，到晚7點，實行仍沒有任何歷程，無比懊喪的同時，也不得不供認，這次是徹底翻車了，手感對實行的影響太大，遠宏大于了氛圍動力學阻力產生的那點不同。天立刻就黑了，只能整理行囊，打道回府。

我歸來回頭啦，今天的翻車是最徹底的一次，之前的鷂子好歹還能飛起來，上期的手機固然捐軀了，但最少水冷的成績證實了，今天就沒有得就職何可以用的數據了。

歸來回頭后我在網上查，發覺一此中學生也做過相似的實行，她做了一個很酷的弓箭，的確可以制止人手的影響，讓球的發射角度和速率一律。

但可惜的是，她的球發射速率太小了，我按她文章里數據盤算了一下，發射速率在13.4到14米每秒之前，還沒有到達高爾夫球阻力系數具有分明減小上風的速率區間，以是她的誰人后果，光球和高爾夫球的飛行距離很接近，并沒有實驗出高爾夫球分明的阻力上風，假如她的速率再大點兒就好了。要是各位真的渴望看到高爾夫減阻上風的實行后果，接待彈幕留言，假如有志愿的人多，我也思索做一個如此的弓箭，再給各位重做一次實行。

對了，你曉得高爾夫球這個坑的泉源嗎？

但是最早的高爾夫球是圓的，厥后球用舊了，外表有凹坑之后，人們發覺，咦，它反而飛得更遠，然后才開頭專門給它計劃小坑，真理的取得很多都來自于不測。從高爾夫球的坑，我們的頭腦做一下延伸和拓展，既然外表有坑，可減小阻力，那么，鉛球、足球、籃球、乒乓球、乃至汽車、飛機、火箭、導彈是不是都可以做成帶坑的來減阻？

但是只需在這個速率區間內，真的是可以的，只是像乒乓球籃球，也不以飛得遠為目標，鉛球倒是，但一切選手球都飛得更遠，比力賽后果也沒啥影響，至于足球，但是它以前使用這個原理了，足球外表是由32塊皮縫制成的，并且縫制的針腳還很粗，固然不像高爾夫球是坑，但都是增長外表粗糙度，一樣起到減阻后果，并且足球外表的這個計劃另有別的一個使用就是馬格努斯效應，為了產生偏轉力，打出香蕉球。假如你對這個感興致，接待彈幕留言，之后我也可以專門出一期香蕉球的視頻。

至于剛剛說的飛機火箭導彈，誰人速率就太快了，完全不在這個速率區間了，就沒有必要計劃坑了，至于汽車，咦，你看它是不是恰好就在這個速率區間，只是說外表計劃成坑坑凹凹的，真實有點不雅觀但你看保時捷是不是很智慧，它把坑計劃到了車底下，你就說牛不牛！

另有，你有沒有以為到車身臟了，更省油，就是臟的車外表粗糙，多幾多少能低落一丟丟行駛阻力，完成省油，下次不想洗車時，你的懶散就有了一個個高上的托詞，我是在為國度節流動力。

咦，你再拓展一下，百米運倡導最快的速率能到達10.4米每秒，固然不在我們本期研討的這個高爾夫球的速率區間，但你增大外表粗糙度，是可以低落阻力危急的速率的，RMIT的文章中有干系的實行證實。

那么我們把衣服的凹凸計劃得公道些，讓它在10每秒以內，就完成阻力系數減小，然后讓運倡導穿著這個衣服跑，是不是就能跑得更快，沖破現有天下紀錄？ 咦，你說菲爾普斯的鯊魚鰭泳衣，是不是就是這個原理，他誰人固然不是坑，但是是小隆起，凹呀凸都一樣，都是增長外表粗糙度，完成減阻。

說了很多啦，今天視頻就先到這吧，固然實行翻車啦，但但是這個仿真也不佳做，半個月才做出來的，試了很多盤算模子，厥后用的大渦模仿。渴望我的積極沒有讓你太掃興，渴望和你下周見！拜拜！