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[高级进阶] 【冰王说球】空气动力影响羽毛球的飞行周期!

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 楼主| 发表于 2019-1-24 12:05:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
声明:本文为原创文章,发自中羽在线。未经许可,严禁转载与抄袭!
本帖最后由 rabbiz 于 2019-1-24 12:47 编辑

第九部分 击球大法之空气动力
羽毛球有16根羽毛和球托组成,而羽毛是由鹅和鸭的飞羽(正羽)制作而成,是鸟类可以自由飞翔的很重要的表皮衍生物,作为羽毛球的重要组成部分或许跟空气动力有着密切的联系。
QQ图片20190103222013.png
前文中讲了很多羽毛球技术动作,而这些技术大多受空气动力的限制,如果能了解其中的奥秘也许能让你更接近羽毛球的世界!
第一章 自转与偏心
理论一:地转偏向力,地球自转而产生的不同纬度的线速度差异会造成地表物体的运动发生偏向。
地转偏向力.jpg
地转偏向力对海洋产生作用就形成了洋流,北半球的洋流顺时针运行,而南半球的洋流则是逆时针运行。
洋流.jpg
地转偏向力对天空产生作用,就会形成台风(飓风),北半球称之为台风,逆时针转动,南半球称之为飓风,顺时针转动。
台风.jpg
台风是由热带上升气流形成的,所以产生气旋的方向与洋流相反,羽毛球旋转的原理与此类似(仅指重力下坠旋转部分)。
1)羽毛球飞行时会自转,在北半球,从球尾看是逆时针,从球头看是顺时针,这是由毛片的排列方式决定的,这个排列方式恰恰符合了地转偏向力的方向。
所以从理论上来说,南半球的羽毛球应该是反向排列的(毛片排列相反,从球尾看顺时针转动)
羽毛球01.jpg

基于羽毛球自转的这个特性,在实际对战时会产生以下两方面的影响。
2.1)偏心性:左右手握拍的球员分别有各自的技术优势
由于球是逆时针旋转的,所以对于右手球员来说,内旋击球无法使球主动旋转,只有在正手劈吊时才有可能第一时间让球转动。

左手球员的优势就体现出来了,大多的内旋击球都可以让球产生旋转

换言之,在同等的条件下,左手球员内旋击球速度快(重杀快),右手球员外旋击球速度快(劈杀快,反手快)。
除此之外,人类心脏在左边,左手离心脏更近,相对来说,动力的输出更快;另一方面,人的大脑有一定的分工,左脑支配理性,精通逻辑性,控制右手,右脑支配感性,精通空间认知,控制左手,所以相对的来说,左手球员在球场空间感知、预判能力和节奏感上更为优越。
timg (5).jpg
当然老天是公平的,左手在反手球和防守方面有一定的缺陷(也是因为自转方向所造成的),同时相对理性的右手球员能在大局的掌控上更加精准。
(注:高速旋转的物体会产生更多的摩擦阻力,在军事领域,虽然旋转的稳定性得到了一致的认可,但关于旋转是否能减少阻力一直是备受争议的,对于羽毛球来说另一种观点认为仅仅是因为左手球员的稀缺性,导致右手球员普遍不适应而已,跟旋转方向无关)
2.2)偏向性:羽毛球在飞行时有回旋偏向的可能性
从理论上来说,球的飞行线路会具有一定的偏向性,如下图所示。
QQ图片20190102172043.png
在实际击球过程中出现这种偏向的原因跟足球的香蕉球类似,是由马格努斯效应而产生的外力作用引起的,而地转偏向力的作用则可以忽略不计,详见下文。

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 楼主| 发表于 2019-1-24 12:06:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 rabbiz 于 2019-1-24 12:56 编辑

第二章 阻力与减速
理论二:空气阻力,移动的物体会受空气阻力而速度变慢,主要由摩擦阻力、迎风阻力和涡流阻力三个部分组成。
空气阻力.png
1)飞行越快阻力越大,减速越快,属于迎风阻力迎风阻力跟速度的平方成正比,简单的说每增加一点速度,空气阻力就会翻倍的增加,所以即使有300公里的杀球初速度,落地时也只剩几十公里。
杀球数据01.png 杀球数据02.png
2)空气密度越大阻力越大,属于摩擦阻力,气压高、密度大、空气粘稠度就大、阻力也就越大,所以在冬天(气压高)使用的球要比夏天(气压低)的球速快,平原用球比高远的球速快。(注:冬天球速慢、夏天球速快;平原球速慢、高远球速快)
timg (7).jpg 1531822755.jpg
理论三:马格努斯效应,物体的旋转轴与飞行方向不一致的情况下,空气受摩擦阻力挤压产生压力差,导致飞行偏转,足球中的香蕉球和乒乓球中的弧旋球都是这个原理。
timg (6).jpg
3)迎风面积越大,阻力越大,属于迎风阻力实际飞行过程中会出现如下两种情况:
一是在飞行时毛片打开阻力变大减速或者毛片收拢阻力变小加速,有点像水母的前进方式。
二是偏向飞行时会受到更多侧向风阻(大概是正常风阻的1.5倍),减速更快,侧向风阻也是吊球的主导理论之一。
侧向阻力.png
这种偏向不仅会增加阻力使球减速,还会导致飞行线路发生向右偏转的可能性,由于击球时球头受拍线的弹力作用会调转向上,所以偏转基本都是向右的,跟地转偏向力一致
QQ图片20190102172043.png
下图中业余爱好者出球时球头发生了偏向,所以他的杀球不仅球速慢,而且还会向右偏转。
理论四:尾流效应,高速移动的物体尾部会真空,产生前后(羽毛内外)压力差,并且在尾部出现涡流
尾流.jpeg
尾部涡流,可以扰乱飞行线路上的气流,造成极大的危害
涡流.jpg
在赛车的世界里,前车可以利用尾流扰乱车后的气流,而后车也可以利用真空区跟随前车。
尾流跟随.png
鸟类长途迁徙时排成人字形或者一字形也是利用这个原理降低飞行时的能量损耗。
timg (11).jpg
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 楼主| 发表于 2019-1-24 12:07:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 rabbiz 于 2019-1-24 12:57 编辑

4)旋转越快,“减速越慢”,飞行越稳定(陀螺仪稳定效应),属于涡流阻力和摩擦阻力所以我们在增加出球速度的同时要尽可能让球转起来,类似枪炮的膛线,让子弹转起来可以飞的更远更稳,自转方式详见前文。
timg (9).jpg
同时毛片的转动会像螺旋浆一样,吸进空气,并输出一定的推进力故摩擦阻力会相应减弱(推进力相对于迎风阻力来说是可以忽略不计的)
(注:教材的观点认为,涡流阻力是由旋转产生的空气附面分离现象造成的,即外侧空气穿过毛片的间隙并在外侧形成空气分离层(负压),故摩擦阻力会降低、而尾部的不稳定涡流以及因负压而打开的毛片会产生一定的阻力作用,见下图)
羽毛球尾流.jpg
5)在一定的速度下,毛片会向中心弯曲收拢,属于迎风阻力,羽毛球高速飞行时,尾部的真空状态会使毛片外侧的压力大于内侧,继而出现毛片向心收拢的现象。
(教材的观点认为:空气阻力是由摩擦阻力和压差阻力两部分组成,在一般情况下两种力同时存在,但两者并非保持为同一数量级,在一些情况下,摩擦阻力占主要地位,而在另一些情况下压差阻力占主要地位,两者所占比例的大小,故羽毛球在飞行前期,速度快,迎风阻力占主导地位,而在飞行后期,速度慢,迎风阻力衰减,涡流阻力占主导地位,因此旋转速度更快的球会在后期产生更多的涡流阻力

理论五:离心力,使旋转的羽毛远离旋转中心
6)低于一定速度时,羽毛球的迎风阻力会衰减,毛片会从收拢状态恢复原状,此时,涡流阻力占主导,在羽毛的弹性和离心力的共同产生作用下,使羽毛向外打开,阻力增加。
离心减速.jpg
理论六:重力加速度,物体受重力作用会产生向下的加速度
7)羽毛球在飞行后期会由原来的直线飞行逐渐变为向下的抛物线,击球的动能被空气阻力消耗殆尽,减速作用降低,此时重力会加速球头下坠,趋向于匀速,见下图中的B-C-D段。
重力加速度.jpg 极速下坠.png


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 楼主| 发表于 2019-1-24 12:07:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 rabbiz 于 2019-1-24 12:58 编辑

第三章 振幅和周期
羽毛球飞行的特性(阻力、尾流、振动、重力)会使羽毛球的飞行产生几个周期:加速期、减速期、稳定期、衰减期、重力期这些周期大多与羽毛球飞行时毛片开合的频率和幅度有关。
飞行周期.jpg
1)击球加速期(毛片一次收拢)
拍面击打羽毛球,使其掉头并高速弹离球拍,是球拍传递动能的过程,主要分两个部分,一是球拍对球的撞击加速作用;二是撞击后拍线和羽毛的反弹作用
2)第一减速期(毛片一次开合,迎风阻力和摩擦阻力占主导)
当羽毛球达到最大球速时,开始急剧减速,是飞行过程中第一次减速,也是减速最快的一次,这个减速从球离开拍面就开始了,确切的说减速期发生了2次比较大的减速,这是由羽毛的前两次较大幅度的振动造成的,并且速度曲线是波浪形的。(注:大多情况下,该阶段羽毛球不会旋转,故涡流阻力几乎没有作用)
减速期.jpg
(注:实际飞行中有羽毛会保持一定的振动,前两次是比较主要的,后期的振动幅度对速度的影响较小,从数据上可以看到相应的波动)
3)稳定飞行期(毛片再次收拢,迎风阻力占主导)
在接下来的飞行过程中,毛片大多时间会受空气压差的影响而保持一定的收拢状态该阶段羽毛球开始旋转,涡流阻力(外侧负压)的产生会降低摩擦阻力,且毛片会被迎风阻力完全压制无法打开。
4)飞行衰减期(毛片再次开合,涡流阻力占主导)
当飞行时速降低至一定数值(大概在80-120公里左右,貌似与汽车的安全时速有一定的联系),迎风阻力衰减,压差减少,毛片会受羽毛的弹性和离心力以及涡流阻力的作用而向外打开迎风阻力再次增加,则会再一次出现明显的减速
衰减期.jpg
这个过程会同样会因毛片的开合而形成僵持的局面,再次出现速度波浪曲线到了在衰减后期,快速球会因涡流阻力而大幅降速并低于慢速球,这也是吊球旋转减速的核心理论之一。
(注:球速快的时候,空气相当于很高的风速把球吹转了,而当球速降低,则风速降低了,但球的转速并没有降低,此时的空气相当于被旋转的羽毛球给吸了进去(如:电风扇、吸尘器),形成外侧负压,羽毛会被打开,阻力增大,在僵持一段时间后,最终导致转速快的球大幅减速,因为羽毛球的自重较轻,即便产生了一定的推进力但跟空气阻力比起来就显得微乎其微了)
初始球速慢,旋转慢,涡流阻力小,减速慢,抛物线平顺下滑
初始球速快,旋转快,涡流阻力大,减速快,抛物线拐点明显
重力加速吊球.jpg 重力加速高远.jpg 重力加速杀球.jpg


5)重力加速期
随着不断的减速,动能即将消失,重力的作用开始体现,出现下坠现象,速度会逐渐趋向匀速
重力期.jpg
总而言之,空气动力对于羽毛球的飞行线路和速度有着重要的指导作用,后期的阻力和重力作用属于不可抗力,而前期的减速会因击球方式的不同而改变,这是击球手法很重要的研究方向,合理的利用飞行特点可以提升出球效率,本文作为杀吊理论的基础,希望能给广大爱好者提供一个参考方向。

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 楼主| 发表于 2019-1-24 12:08:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 rabbiz 于 2019-1-24 12:59 编辑

想了解“重杀”与“快杀”,长按二维码关注公众号:冰王说球
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发表于 2019-1-24 12:09:05 | 显示全部楼层
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左手是右脑控制,右手是左脑控制
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发表于 2019-1-24 12:31:56 来自中羽APP | 显示全部楼层
微信图片不可引用
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发表于 2019-1-24 12:32:54 | 显示全部楼层
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好牛逼的样子
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发表于 2019-1-24 13:02:44 | 显示全部楼层
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牛A啊!word哥
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发表于 2019-1-24 13:12:55 | 显示全部楼层
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没点文化还看不懂了
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发表于 2019-1-24 13:18:51 | 显示全部楼层
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帮顶,考虑得真全!
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发表于 2019-1-24 13:23:47 | 显示全部楼层
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发表于 2019-1-24 13:41:19 | 显示全部楼层
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我。。。。靠。。。。神人
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发表于 2019-1-24 14:08:21 | 显示全部楼层
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第一条说的就不对。地转偏向力也就是科里奥利力,只会对物体的运动速度和轨迹产生影响,并不会影响物体本身的自旋,应该用左旋球还是右旋球跟南北半球没有关系。而且台风和飓风也不是依据南北半球来区分的,因为台风和飓风都在北半球。在北半球,国际日期变更线以东到格林尼治子午线的海洋洋面上生成的气旋称之为飓风。而在国际日期变更线以西的海洋上生成的热带气旋称之为台风,也就是以东西半球作为区分。而在南半球产生的强气旋叫做旋风。
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发表于 2019-1-24 14:15:49 | 显示全部楼层
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举个例子,从球后方看羽毛球做逆时针旋转,地转偏向力向左。从后面看,上面的羽毛向左转,下面的羽毛向右转,但无论上下左右的羽毛受到的地转偏向力都向左,就羽毛球整体而言,偏向力并不会产生转矩,不会对羽毛球的自旋产生任何影响。
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 楼主| 发表于 2019-1-24 14:29:56 | 显示全部楼层
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施铭吓 发表于 2019-1-24 14:15
举个例子,从球后方看羽毛球做逆时针旋转,地转偏向力向左。从后面看,上面的羽毛向左转,下面的羽毛向右转 ...

我说的是有关联,没说有作用力,谢谢
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发表于 2019-1-24 14:37:47 | 显示全部楼层
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rabbiz 发表于 2019-1-24 14:29
我说的是有关联,没说有作用力,谢谢

我的意思就是没有关联啊,羽毛球自旋与地转偏向力无关不用谢
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 楼主| 发表于 2019-1-24 14:50:40 | 显示全部楼层
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施铭吓 发表于 2019-1-24 14:37
我的意思就是没有关联啊,羽毛球自旋与地转偏向力无关不用谢

世间万物都有着千丝万缕的联系
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发表于 2019-1-24 15:10:36 | 显示全部楼层
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我可去您的,,,,
,,,,,,,,,,,,,帖子都点个赞吧
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发表于 2019-1-24 15:12:43 | 显示全部楼层
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没必要连个地转偏向力都搬出来,实际打球在个小球场根本体现不出差别,还不如开波羽毛球评测……
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