足球越光滑飞得越远？

说足球之前，咱们先来说说高尔夫球，因为它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。

相差可以有多大呢？同等用力的情况下，粗糙球的飞行距离可以是光滑球的5倍！

这实在是有违人们的常知，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。

早前，比赛用的高尔夫球，其里面是用羽毛填充，再用皮革包裹起来，这样的球很难做出标准的球体。1898年后，高尔夫球的制作材料逐渐被橡胶替代，但人们却在这时发现了一个奇怪的现象：使用时间越长的球，打得越远。

这引起了当时人们的好奇，经过摸索，终于找到了原因，原来，用橡胶做的新球，其表面十分光滑，而使用时间很长以后，表面的橡胶要么有的地方开裂了，要么就是有的地方磨损了。总之，球面相当粗糙。

这让人们意识到，高尔夫球的表面越是粗糙，打得就越远。所以，后来的高尔夫球表面不再是光滑的了，而是布满无数的“小酒窝”。

现在出售的高尔夫球，其表面大约有250～450个“小酒窝”，最高纪录是在一个球上有1070个“小酒窝”。

任教于浙江大学的毛根海教授，在所著的书《奇妙的流体运动科学》中，有这么一个数据：同等条件下，布满“小酒窝”的高尔夫球，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。

为什么粗糙球比光滑球飞得更远？

原因很简单，先来看一个例子。

1968年，阿波罗8号飞船返回地球大气层时，由于速度极高，飞船前方与大气剧烈冲撞，压力极高；反过来呢，后方的空间压力很小，这是因为飞船高速下落时会排开空气，后方空气少了，压力当然就小了。而后方压力小会产生一种抽吸的力。

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”。

现代核潜艇为什么全使用“水滴型”外形？这也是为了减少形状阻力。

相同条件下，要想减少阻力，一个最有效的方法是：想办法减少其后方的低压区面积。

但高尔夫球总不能像核潜艇一样，也做成水滴型，怎么办？通过流体力学实验，人们发现，光滑的球与布满“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”，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。

守门员的噩梦：“普天同庆”

“普天同庆”是2010年南非世界杯指定用球，这也是一个饱受非议的足球。

“它像个神经病。”有球员这样说。

“这个球是超自然的。它的轨迹很奇怪，似乎它不喜欢有人踢它。”有球员这样说。

“它是个地摊货！”有球员这样痛斥。

……

无疑，“普天同庆”足球是最近几届世界杯中，最饱受批评的一个足球。

在它刚刚面世时，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。

不幸的是，“对足球而言，最重要的一点是粗糙度。” BBC采访空气动力学家梅塔博士时，梅塔博士这样说，“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。”

所谓蝴蝶球，是指棒球赛中的一种球路。其特点是，投手投出的球，速度一般般，但这是为了尽量减少球在飞行中的旋转，以便造成不稳定和无法预测的运动轨迹。

足球上的“香蕉球”现象，要求足球旋转得足够快，如此才能让足球绕过人墙，射进球门。

但棒球上的“蝴蝶球”效应却要求投出的棒球尽量不旋转，这是为什么？

棒球上面有缝线，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，湍流增加了棒球侧面的偏转力。

尾流左右摇摆，飞行飘忽不定，如飞舞蝴蝶，故名“蝴蝶球”。

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。

以上，就是“普天同庆”饱受批评的原因。

2014年的巴西世界杯，其指定用球是“桑巴荣耀”。来自谢菲尔德哈勒姆大学的研究人员肖宾博士经过测量后发现，对于球面缝线接合处的深度，“桑巴荣耀”是“普天同庆”的3倍多。

另外，“普天同庆”的接合线总长大约是203厘米，而“桑巴荣耀”缝线总长度高达327厘米。

增加缝线长度以及缝线的深度，目的就是为了增加足球的粗糙度。

在接受BBC采访时，肖宾博士说：表面粗糙的足球飞得更远，在高速射门时，产生的蝴蝶球效应越少。

2018年俄罗斯世界杯的指定用球是“电视之星”，显然，因为有了“普天同庆”足球的教训在先，新球“电视之星”应该不会再被球星们骂成是神经病、地摊货等等。

研究人员测量了电视之星接缝长度，发现它比“桑巴荣耀”的接缝长度多了30%，为避免太过粗糙，“电视之星”的缝线深度有所减少。

“今年的球与以前的球不会有太大的不同。”来自林奇堡弗吉尼亚大学的物理学研究人员说。

而日本筑波大学的研究人员则将新球放进风洞进行实验，他们发现，新球的空气动力特性与“桑巴荣耀”相似。

所以，本届世界杯用球应该是没多大问题。