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#1: [原创]高尔夫球的学问 (3746 reads) 作者: 木辛,

时间: 2008-9-12 周五, 18:12
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作者：木辛在海归茶馆发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com

高尔夫球的学问可大了。我主要讲的是力学方面的学问。空气动力学算是其中之一。

我在德国国家研究所搞科研时，接待了一个人，说是可以搞科研合作。他纠集了一些俄罗斯的流体力学科学家将与Vortex（涡旋）有关的研究结果应用在某些领域，其他我都记不得了，我只记得他提到高尔夫球。高尔夫球表面的凹陷结构在飞行中产生小漩涡，改变了球体表面的边界层湍流，使高尔夫球的阻力减小，因而飞行距离更长。
这是我第一次接触到高尔夫球的空气动力学。昨天看到网上一张图片，高尔夫球的表面流体的图像，我突然又想起这个题目。

不妨就此简单介绍一下，好在这里有些不是搞理工的，也算科普一下，还不算班门弄斧。

球绕流是流体力学永恒的题目。简化的流体运动，如果没有考虑粘性的话，相当于用伯奴利方程计算，小球的绕流前后压力相等，不会产生阻力。

可见不计阻力的话，球体流动的压力差造成的阻力效果为零。
当然实际上不是这样，因为有了粘性阻力。粘性阻力产生了边界层，边界层随着流体的相对速度增加而加厚，这个指标就是雷诺数。雷诺数越高，边界层越厚，最后实在挂不住了就脱离了球体表面，专业术语是转捩点，形成漩涡，即死水区。如图：上图是流线图，下图是压力分布图。

正面的压力大，背面的压力小，因而形成压差，使得小球受到压力的阻力，速度就降了下来。

可见，小球表面边界层分裂的角度对飞行阻力的影响很大，角度越大则阻力越小。

通过球体表面的凹陷结构，会产生微小的漩涡Vortex，这些小漩涡可以使层流的边界层变成湍流边界层，这样就使得边界层分裂的地点往后，及角度变大，使得气压阻力变小。

如图：

这就是为什么高尔夫球表面会有凹陷结构的原因。几百年前的高尔夫球是皮做的。人们发现表面粗燥的旧球反而比新球飞得远。到了19世纪，马格努斯发现了旋转球会产生升力，被人叫做马格努斯效应。但是人们仍然没有确认绕球流体运动的问题。但是已经开始采用不光泽表面的高尔夫球了。另外，高尔夫球的自旋也会产生额外的上升力。

总的效果是高尔夫球的飞行距离增加了。光滑表面的球可以击出60多米，有凹槽的可以击出270多米。

围绕着高尔夫球的设计，还有许多要求要满足，最主要的是，球要对称，不能让球的飞行偏向某个方向。如何设计凹陷，保证这个要求，要多深的凹陷，多大，什么形状，这是主要是数学问题，造就了许多的专利。

对高尔夫球的研究甚至成为美国宇航局NASA专家们的课题，无论是试验，是计算，是观测，都投入了大量的精力。虽然，中国也可制造高尔夫球，但是未必有人愿意投入这么多心血去研究高尔夫球的原理，并开发出更好的高尔夫球，模仿别人大概就够了。

但是，中国生产的高尔夫球目前也只能是模仿，而不会成为高端和前沿。

作者：木辛在海归茶馆发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com

上一次由木辛于2008-9-13 周六, 07:26修改，总共修改了3次

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