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带标签的博客文章 运动中的物理场

注意前方! 通过仿真分析高尔夫球的性能

2021年 8月 25日

译者注:How it’s made (中译名:《制造的原理》/《造物小百科》)是美国探索频道的科普纪录片,涵盖了几乎所有的制造技术。 旋转木马、烟花和游乐场设备只是纪录片 How it’s made 中重点介绍的一部分产品。其中,有一集特别讲述了高尔夫球是如何制作的。这是一个令人着迷的过程,包括橡胶板、钢桶、压模机等等。看完这集视频后,我受到了启发,想学习更多关于高尔夫球技术的知识。在今天的博文中,我们将探讨高尔夫球的演变历史以及仿真在未来高尔夫球设计中的作用。 高尔夫球的演变 全球每年约生产12 亿个高尔夫球,它们有多种风格和设计,包括: 单层球,仅由一种材料制成,以 Surlyn® 树脂为代表。常被用于小型高尔夫球场和练习场。 双层球,具有实心橡胶芯和塑料外壳,是普通高尔夫球手的首选。 三层球,包含内核芯、软橡胶套和外层。想要更好地控制击球的经验丰富的高尔夫球手会使用这种球。 四层球,由三层橡胶层和一层硬质外层制成,它们比大多数高尔夫球更昂贵,并且通常由挥杆快速的专业人士使用。 五层球,由聚氨酯橡胶包裹着四层橡胶层,相对较新,是职业高尔夫球手的热门选择。 一根 7 号铁球杆和一个双层高尔夫球。 尽管这五种主要类型的高尔夫球在很多方面有所不同,但它们有一个共同特点:圆圆的球表面上布满了凹痕。然而,也会有例外的情况。正如我们今天所知道的,高尔夫球已经经历了许多设计上的改变。下面,我们简要地探讨高尔夫球发展的五个不同阶段。 1. 木制球 人们普遍认为,现代高尔夫运动起源于 15 世纪的苏格兰。然而,关于第一个高尔夫球是由什么制成的,有很多争论。许多说法称,它们是用山毛榉和黄杨树等硬木雕刻而成的,而有一些人则不太相信,因为几乎没有证据支持这一理论。 无论最早的高尔夫球是否由硬木制成,有一点是肯定的:木质高尔夫球在高尔夫比赛中是不符合标准的。它们的飞行能力一般,主要是由于它们的重量。 2. 毛茸球 接下来是毛茸茸的球。这种球最初产于荷兰,然后进口到苏格兰。它是由一个圆形的皮革外壳制成的,里面装有牛毛或稻草。由于它们价格实惠,300 多年来一直是高尔夫球的热门选择。 3.羽毛球 羽毛球是在 17 世纪早期发明的。它与毛茸球很像,但里面装的不是牛毛,而是鹅毛或鸡毛。为了制作羽毛球,高尔夫球制造者会把湿羽毛塞进一块湿皮革里,当羽毛变干时,羽毛会膨胀,而皮革变干后会收缩。这就造就了非常紧凑和致密的高尔夫球。有一些人说,它的特征只有现代高尔夫球才具备。 羽毛球的缺点是它们非常昂贵。以今天的货币计算,一个羽毛球的价格从10美元到20美元不等(约 60 元到 120 元人民币)。 六个羽毛高尔夫球。图片由Geni提供自己的作品。图像在GNU 免费文档许可证下,通过Wikimedia Commons获得许可。 4. 古塔胶球(Gutty) 1848年, Robert Adams Paterso 发明了“gutty”,也就是古塔胶球,它彻底改变了高尔夫球的设计。它的形状是一个球体,由人心果树的树汁液干燥后制成。与羽毛球相比,古塔胶球虽然飞不了那么远,但是它的价格却便宜很多,让更多的人参与到高尔夫运动中来。 在使用古塔胶球的时候,高尔夫球手们很快就注意到一个奇怪的现象:表面被割裂的球飞得更远。这一发现促使高尔夫球制造商有意在他们设计的球上添加凹痕,通常是用荆棘图案(或类似浆果表面的图案)。 5. 哈斯克球(Haskell) 那么,无聊是怎么导致高尔夫球设计的下一次重大突破的呢?1898 年,Coburn Haskell 在等待朋友的时候,将橡胶线绑成一个球状物,以此来消磨时间。当他把球弹起来时,被它惊人的飞行能力吓了一跳。他的朋友 Bertram G. Work 建议他在上面加一层覆盖物,于是 Haskell 就诞生了。 早期的 Haskell 是由液体或固体内核、橡胶线层和由橡胶树液制成的外壳制成的。像古塔胶球一样,它们的表面也有荆棘图案。然而,当人们了解到倒置凹坑可以让球获得更好的飞行模式时,情况发生了变化。哈斯克球的发明为我们今天所熟知的高尔夫球铺平了道路。 高尔夫球的未来 可以说,高尔夫球已经经历了从由毛皮、羽毛到树脂液体制成的很长一段路,但是高尔夫球的进化并没有结束。制造商们一直在研究提高高尔夫球空气动力学和机械性能的方法。 与过去的高尔夫球制造商不同,工程师和设计师现在可以利用仿真分析不同层数、材料、凹坑数量和大小等高尔夫球的性能。让我们在今天的博客文章中探讨一个使用仿真设计高尔夫球的例子…… 模拟高尔夫球杆对高尔夫球的影响 正如我们在高尔夫球的冲击分析教程模型中演示的那样,工程师可以使用仿真分析高尔夫球杆撞击高尔夫球时的机械冲击。黏性罚函数可以用来模拟两个部分之间的接触,以稳定动态事件。仿真只观察了2毫秒的时间段,因为它只关注球杆击球的影响。   点击查看高尔夫球冲击分析教程模型的动态演示! 模型概述 模拟的高尔夫球杆的尺寸基于一个具有 34° 杆面角的 7 […]

为什么自行车踏板能保持踩踏状态而不会松动?

2020年 8月 27日

当骑自行车时,为什么踏板不会松动并能保持踩踏状态?这是因为左踏板轴的螺纹是左旋的,而右踏板轴的螺纹是右旋的。轴承扭矩可以使踏板松开,而踏板仍能保持踩踏状态是因为受到一个更强的作用 —— 机械进动 效应影响。

选择不同的训练用球会影响 FIFA 世界杯™的比赛结果吗?

2018年 6月 6日

为了判断哪一款比赛用球最适合FIFA 世界杯™,我们在庭院中搭设了一套实验装置,包括鼓风机、刻度尺和几只足球。

计算足球的终端速度和阻力系数与 FIFA 世界杯™赛果预测

2018年 6月 1日

人们真的能够准确预测 FIFA 世界杯™ 的赛果吗?我们放弃向灵媒求助,改用 CFD 仿真来分析各款比赛用球的终端速度与阻力系数。

为什么冰足够滑,适合滑雪和滑冰?

2016年 12月 2日

“冰为什么是光滑的?”为这个问题找到一个科学的解释似乎很简单,但实际上,几个世纪以来,这一直是一个备受争议和令人困惑的主题。随着世界上大部分地区的人们开始为过冬做准备,我们来探索光滑的冰是如何让我们能够滑雪、滑冰,甚让我们在停车场摔倒背后的科学。

借助结构力学分析确认板球板的“甜区”

2016年 11月 11日

在竞争激烈的职业板球比赛中,每一次击球对于比赛的胜负来说都非常重要。为了提升击球的力度,击球手需要一个精心设计的球板并了解如何正确使用。设计更完美的球板是提升击球手击球技能的重要途径,而设计的重点便是找到所谓的“甜区”。来自西印度大学(University of the West Indies)的一支研究团队利用 COMSOL Multiphysics® 完成了结构分析,并找到了球板的最佳击球点。

突破撑杆跳高新高度:多体分析

2016年 2月 4日

撑杆跳高是田径运动中最复杂的项目之一。运动员必须足够强壮并具有快跑的能力来借助撑杆抬高身体,并且能非常灵活地控制身体,才能在腾空时灵活改变身体的位置。分析这项运动背后的科学原理,可以让我们更加深刻地理解其作用机制,从而最终获得成功。

模拟板球运动中的旋转式投球

2015年 11月 5日

板球是世界上第二受欢迎的运动,但人们也把它看作一项艺术。除了击球手用于保护他们的三柱门并得分的各项技能,旨在将击球手淘汰出局的各种投球方法更是综合了多种物理因素。本篇博客将分析其中的一种旋转投球技巧。


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