板球和摇摆保龄球背后的物理学

板球和高尔夫几乎没有共同点。当然，在参加这两项运动时都有穿着针织毛衣的传统，但从计分系统和球员数量，到球的大小和比赛区域，它们是非常不同的运动。不过，两者有一个共同点——板球和高尔夫都需要击打具有纹理表面的球。这个看似微小的细节使高尔夫球手和板球运动员能够利用空气动力学原理来帮助他们获胜。

在高尔夫球中，球被制造成具有数百个凹坑的均匀覆盖物。这些会产生湍流，使气流比平滑时更接近球表面。这种效果减少了球后面的低压区，从而降低了阻力，使球能够飞得更远。

这种凹坑设计的另一个好处是它可以增强 “马格努斯效应”，球在空气中移动时旋转时发生的现象。以纪念 19 号命名th——上世纪德国物理学家 海因里希·古斯塔夫·马格努斯，这是旋转表面上的压力差的结果，该压力差位于球的运动与气流相反的一侧和与气流相同的一侧之间。

这种压力差导致球上产生低压方向的总力。如果高尔夫球手产生后旋（球的“顶部”朝向高尔夫球手旋转），则净力是向上的，因此球比不旋转时移动得更远。

板球的物理原理甚至更有趣。它被制造得光滑而有光泽，周围有凸起的缝合接缝。板球运动员自己有责任改变皮革表面的纹理（前提是他们在比赛规则范围内这样做）。这是一种会带来有趣后果的责任，而且也有丑闻的历史。

在板球运动中，保龄球有多种风格，但它们都分为两大类——快速和旋转。 旋转保龄球 投球速度较慢，但​​通过快速旋转球，投球手可以使球以不寻常的角度弹跳，使击球者难以预测其传入路径。相比之下，快速投球手试图尽可能快地向击球手发射球以迫使击球手失误。

但在快速保龄球运动中还有另一项运动叫做 摇摆保龄球，其目的是使球偏离线性轨迹。这个想法是，这会让击球手感到困惑，并且没有给他们足够的时间来调整投篮，从而更有可能出现三柱门（意味着击球手出局）。快速的投球手可以通过将凸起接缝倾斜到远离预期行进方向的方式，从闪亮的新球中实现这种投球。

用科学术语来说，挥杆是由于球上的压力差而产生的作用在球侧面的净力。当球被投掷时，一层薄薄的空气（边界层）包围着球的一部分。它在两个位置（称为分离点）与表面分离，相对于其运动方向位于球“后面”。

湍流边界层比层流边界层（气流平滑）更晚从球上分离，并且较晚的分离点导致该侧的压力较低。通过在球的相对两侧同时具有层流和湍流边界层，分离点变得不对称，从而导致球上产生压力梯度。

投球手将使接缝的角度远离投球方向，这会扰乱球一侧的气流

那么如何在同一个球上创建两种类型的边界层，特别是当该球是光滑的新板球时？球的突出接缝正是在这里发挥作用。投球手将使该接缝偏离投球方向，这将扰乱球一侧的气流。另一侧的边界层保持层流，因此你有不对称性和摆动；在这种情况下，沿着接缝的方向。

然而，一个全新的、坚固且有光泽的板球并不能长久保持其光泽。球场上可能有数百次的撞击和弹跳，导致裂缝、皱纹和普遍的邋遢。虽然看起来，在一个统一的脏球上调整接缝的角度应该与在光滑的新球上达到相同的目的，但事实并非如此。随着球的老化，接缝也会受到磨损，并且变得不那么明显。从本质上讲，它在阻止气流以使一侧更加湍流方面效果较差。

相比之下，一半的球比另一个更光滑意味着投球者不需要自己创建层流和湍流边界层 - 相反，这些边界层将根据它们流过的表面形成。因此，球员要尽力保持球的物理不对称性，这就要求保龄球一方尽可能保持球的一半光滑。这通常是通过在衣服上抛光球，在板球运动员的白色球衣上留下独特的红色条纹，或者在打保龄球之前用汗水抚平球来完成的。

随着科学家开发出量化球轨迹每个变量的技术，运动员及其教练团队对这些空气动力学现象以及如何操纵它们有了更多的了解。因此，这项运动在不断发展，在追求奖杯的过程中，界限被推得越来越远。