高爾夫球為何要做成凹凸不平? 物理知識用在了這裡

【編者按】《果嶺匯》是騰訊高爾夫推出的一檔獨家原創品牌欄目。為大家詳解高爾夫運動的明星球員，賽程禮儀、賽程規則等資訊。果嶺爭雄，誰主沉浮。

球類給人的印象都是光滑的，比如兵乓球、足球等等，但是高爾夫球為何要做成凹凸不平的呢？今天專門來說下這個話題。

根據統計發現，一顆表面平滑的高爾夫球，經職業選手擊出後，飛行距離大約只是表面有凹坑的高爾夫球的一半。那這到底是什麼原因導致的呢？

高爾夫球上有300多個凹洞，每個洞的平均深度約為0.025釐米。事實上，高爾夫球表面有意製造了許多凹洞，這是動力空氣學研究的成果。這些凹洞的存在，正是為了減少空氣的阻力，並增加球的升力，從而讓高爾夫球飛得更遠。

球的飛行軌跡不僅受到自身重力的影響，還會受到來著空氣的阻力。因此，如何減低空氣阻力便成為關鍵。高爾夫球手在擊球時，每個球都獲得一種向後的旋轉力，這與這些凹痕密切相關，好像在球的下方形成一個厚的氣枕一樣。一顆高爾夫球被打出後會高速地飛行，其前方會有一高壓區。空氣流經球的前緣再流到後方時會與球體分離。同時，空氣在球的後方會形成一股擾動的尾流，它影響著阻力的大小。球上的凹洞可以減少氣流方向的變化，使後方的氣流更平滑，從而減小尾流的範圍。由此大概能減少20%的阻力。此外，在球的迴旋過程中，一個帶有凹洞的球會通過偏折氣流從而獲得近一倍的升力。

凹洞減少了飛行中的阻力，又提供了額外的升力，因此帶來更良好的空氣動力性能。球於是可以飛得更遠、更高也更準。另外，高爾夫規則也有規定，高爾夫球的形狀不能被隨意更改。

今天的標準高爾夫球雖然品牌各異，但均採用表面凹痕型。如果是一顆表面平滑的高爾夫球，經職業選手擊出後，飛行距離遠遠少於表面布滿凹槽的球。有人就試過，打光滑的球只能飛65米遠，而有凹痕的球可打出275米遠。

空氣對於任何在運動的物體，都會受到兩個空氣動力學中所謂的升力及阻力。阻力的作用方向與運動方向相反，而升力的作用方向則朝上。

而物體在空氣中運動時，主要受到兩種阻力：一種是物體表面與氣流的摩擦力；另一種是物體前面與後面所受氣壓之差所形成的壓差阻力。在物體運動速度較快時，後者會佔全部阻力的大部分。

高爾夫球快速飛行的時候，在球的後面形成了對稱的漩渦，在球附近的流體分子貼著球走一段後，就脫離球面，這種現象也被稱為邊界層分離。高爾夫球後面是中心壓力很小的漩渦，而球前面的壓力比較大，由於這個壓力差，球就受到一個相對較大的阻力。

一般來說，球的飛行速度越大，邊界層的分離就越早，在球的後面形成的漩渦區也就越大，這種壓差所形成的阻力也越大。光滑的球由於這種邊界層分離得早，形成的前後壓差阻力就很大，飛行距離就大大縮短了。

而當高爾夫球有了小凹坑，飛行時小凹坑附近產生了一些小的漩渦，由於這些小漩渦的吸力，高爾夫球表面附近的流體分子被漩渦吸引，邊界層的分離點就推後許多。這時，在高爾夫球後面所形成的大漩渦區便比光滑的球所形成的漩渦區小得多，從而使得前後壓差所形成的阻力大為減小。

此外，小凹坑也會影響高爾夫球的升力。一個表面不平滑的迴旋球，會像飛機機翼般偏折氣流以產生升力。球的自旋可使球下方的氣壓比上方高，這種不平衡可以產生往上的推力。

(冬小麥)