盘点不同球类运动，谁是“球中之王”？******

　　近日，在世界杯比赛中

　　葡萄牙队3比2险胜加纳队

　　下半场，C罗通过点球

　　帮助葡萄牙队取得领先

　　图源：FIFA

　　被判点球后C罗亲吻足球

　　他闭上双眼，深呼吸

　　然后助跑、果断起脚

　　皮球势大力沉直窜对方球门

　　图源：新华社

　　C罗也成为历史首位

　　连续五届世界杯取得进球的球员

　　大家观看比赛时有没有想过

　　在如此多的球类运动中

　　足球的球速是最快吗？

　　哪种球飞得最远？

　　球速之“王”竟然是它？

　　所有球类运动无非是用手、脚、球棒或球拍击打球，球的尺寸、形状和重量差异使得它们具有不同的速度以及运动轨迹。

　　那么问题来了，在这些球类运动中，速度最快的是哪种球？是令人热血沸腾的足球，是挥汗如雨的网球，还是快得看不清轨迹的乒乓球？

　　图源：摄图网

　　答案其实是外形最不像球的羽毛球。

　　目前吉尼斯官方认可的最快的羽毛球记录来自丹麦选手科丁，2017年1月10日，在印度羽毛球超级联赛上，科丁在正式比赛中杀出一记速度高达426 公里/小时（约118 m/s）的杀球。这意味着什么？这个记录中羽毛球的最高速度，比“复兴号”动车组列车最高运行时速（400公里/小时）还要快。

　　图源：Physics of ball sports各种球类运动的最高运动速度

　　羽毛球为什么能飞得那么快？原因其实并不复杂，主要是因为羽毛球比较轻（重量只有5克），并且球拍足够长（不超过680mm）。

　　图源：Annu. Rev. Fluid Mech 各种球的尺寸、重量及速度等基本参数

　　球体在空中的运动往往只受到空气阻力和重力的作用，它的速度一般只会逐渐减小（篮球等例外）。想要获得最快的运动速度，球体需要在离开运动员接触的瞬间获得最大的加速度。相对于网球、足球和其它球体，羽毛球非常轻，因此同等大小的力在它身上则会产生更大的加速度。

　　图源：Physics of ball sports 高尔夫球和羽毛球的挥拍动作

　　最能“飞”的球——高尔夫球

　　高尔夫球是飞得最远的球，单次击球可以移动200米以上，标准高尔夫球场，一般布置18个球洞，总长度要控制在6002～6400米，球场面积50～75公顷（1公顷=10000平方米），实际大小要根据球场的地形来确定。

　　不仅如此，高尔夫还走出了地球，成为了首个星际间的球类运动项目。1971年2月6日，执行阿波罗14号任务的宇航员艾伦·谢帕德（Alan Shepard）挥动球杆在月球上打起了高尔夫球，从而使他成为有史以来第一位，也是目前唯一一位在月亮上打过高尔夫球的人。

　　图源：NASA 正在月球打高尔夫球的宇航员艾伦

　　高尔夫球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。

　　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。

　　图源：《高尔夫50年》高尔夫球的变迁

　　毛根海教授所著《奇妙的流体运动科学》一书中，有这么一个数据：同等条件下，布满小酒窝的高尔夫球，它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。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”。现代核潜艇使用“水滴型”外形就是为了减少形状阻力。

　　图源：科普中国

　　如上图，顶部的垂直竖版，其形体阻力最大，原因是其后方的“低压区”面积最大，第二个球体的低压区有所减少，直至底部的水滴型，其形状阻力最小。通过流体力学实验，人们发现，光滑的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，它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。

　　图片来自航空航天工程师Jeffrey A. Scott

　　最受欢迎的球类运动——足球

　　无论是从影响力、参与人数还是赛事热度来看，足球都是当之无愧的世界第一运动。不过今天既然讲到球速和形体阻力的问题，那么我们也一起来看看足球缝线对足球轨迹的影响。

　　图源：百度百科

　　普天同庆足球是2010年南非世界杯决赛阶段设计的新款足球，也是最近几届世界杯中，最饱受批评的一个足球。在它还刚刚面世时，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。

　　然而，这颗球却是守门员的“噩梦”。空气动力学家梅塔博士提出，“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。”

　　蝴蝶球轨迹蝴蝶球指的是球在空中飞行时几乎没有旋转，从而导致它的飞行轨迹不可预测，守门员很难判断。蝴蝶球的原理是球表面上有缝线，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，湍流增加了球侧面的偏转力。尾流左右摇摆，飞行飘忽不定，如飞舞蝴蝶。

　　图源：中国科普博览常规足球通常将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公里每小时球速时才会产生最大化的“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。

　　END

　　资料来源：央视科教、科普中国、中国科普博览、知乎

　　整理：董小娴

先立后破，加快建设新型能源体系******

　　先立后破，加快建设新型能源体系

　　——建设绿色低碳高质量发展先行区三年行动计划解读④

　　本报记者　张文婷　王建

　　能源领域是降污减排的主战场。加快能源绿色低碳发展，是推动经济社会发展全面绿色转型的关键。省委、省政府印发的《山东省建设绿色低碳高质量发展先行区三年行动计划（2023－2025年）》立足我省能源资源禀赋，提出加快新能源和可再生能源规模化发展，促进化石能源清洁高效利用，协同推进绿色低碳转型与能源供应保障。

　　“《行动计划》对山东建设新型能源体系作出了明确的规划，有目标、有步骤，思路清晰。”省生态文明研究中心主任、齐鲁工业大学（山东省科学院）二级研究员周勇表示，从碳中和长期战略考虑，未来能源主要由可再生能源、核能、储能组成，加上小部分配备二氧化碳捕集和贮藏设施的煤炭清洁热电联产能源设施，山东近三年在可再生能源和核电方面重点发力，既有创新性，也有前瞻性。

　　《行动计划》提出，坚持海陆并进、集散并举，加快推动可再生能源基地化、大规模、高比例发展。在海阳市，省内首批海上风电项目之一的国家电投山东半岛南3号海上风电工程，自2021年并网发电以来，已稳定运行一年有余。依托半岛南3号风电场，全省首个海上漂浮式光伏示范项目建成，并发出了全球海上漂浮式光伏第一度电。“我们将打造海阳千万千瓦级海上风电、海上光伏基地，构建多业态融合发展新格局，探索多渠道绿电转化新模式。”国家电投山东分公司党委副书记、总经理郑海村表示。

　　推动非化石能源规模化发展是实现能源结构转型的必然要求。按照《行动计划》，山东将聚焦推进碳达峰、碳中和，更好发挥新能源在能源绿色低碳转型中的引领作用，以重大项目建设为支撑，加快推进海上风电、海上光伏、胶东半岛核电、鲁北盐碱滩涂地风光储一体化、鲁西南采煤沉陷区“光伏+”等五大清洁能源基地建设，推动新能源和可再生能源基地化、规模化跃升发展。同时，加快推进新型储能技术推广应用，在大规模风光基地、特高压落点等重点区域实施一批新型储能示范工程，不断提升新能源消纳能力。

　　近日，文登抽水蓄能电站1号、2号机组顺利投产发电。电站机组投运后可承担电网调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务，对保障电网安全稳定运行、促进清洁能源消纳、推动能源结构调整具有重要意义。“实现绿色低碳高质量发展，威海市有基础、有优势，我们将贯彻‘四个革命、一个合作’能源发展战略，稳步推进能耗‘双控’向碳排放总量和强度‘双控’转变。”威海市发展和改革委员会主任隋同朋表示，将加快文登抽水蓄能电站、“国和一号”等清洁能源项目建设，推动华能核电扩建、乳山半岛南和华能半岛北海上风电、HG32海上光伏等项目前期工作，积极发展核电、风电、光伏等产业，抓好清华大科学装置、能源互联网等建设，着力构建现代能源体系。

　　加快可再生能源开发利用的同时，煤电的兜底保供作用仍不可忽视。根据《行动计划》，山东将加快煤电机组更新改造，促进化石能源清洁高效利用。“我们坚持‘一机一策’推进‘三改联动’工作，先后完成一期两台机组高背压改造、二期两台机组低压缸切缸改造，机组发电的热效率为43%，供热的循环热效率提升到95%以上，实现了冬季发电与供热的灵活转换，可为30公里外的济南城区供热。”华电章丘公司党委书记、董事长赵永表示，作为济南东部重要的电源和热源点，公司将继续优化机组运行方式，促进煤炭清洁高效利用。

　　山东重化工业比重大，煤电比例高，煤炭消费量大，压减煤炭消费是重中之重。“确保经济发展所需要的能源供应，确保清洁能源对煤电的安全替代，确保经济发展所需要的能源成本不会大幅度上升，实现‘先立后破’是关键。”周勇认为，《行动计划》充分考虑有效利用过去已经建设完成的煤电机组，尤其是有较大供热需求的机组，并让这些机组发挥一定作用后适时退出，此举对于资源节约利用和绿色低碳发展具有重要意义。

　　建设新型能源体系，一方面要深挖自身潜力，另一方面也要借助省外优质资源。《行动计划》明确，强化能源跨区域合作。努力扩大“绿电入鲁”规模，加强与送端省份合作，积极参与国家大型风电光伏基地开发，加快陇东至山东特高压直流输电通道建设，不断提高输电通道中可再生能源电量比例，适时启动新直流输电通道研究论证工作。到2025年，年接纳省外电量达到1500亿千瓦时左右。

　　“深入挖掘省内可再生能源的消纳能力，同时充分考虑大规模外电尤其是绿电入鲁，加上核电的加快发展和热利用等，提升非煤能源比重，降低碳排放量，这样才能够真正体现先行区的形象和作用。”周勇表示，这其中需要科技的有力支撑，加强人才队伍建设，充分发挥市场规模推动创新，牢牢把握这些关键要素，将推动山东加快建成绿色低碳高质量发展先行区。