為何踢毽子和羽毛球都需要插上羽毛呢?

本文围绕「为什么毽子和羽毛球都要插上羽毛」这一问题,介绍了毽子的歷史、制作方法和多样化的踢法。文中解释了羽毛能通过空气阻力产生力矩,使毽子保持底盘朝下稳定的原理,同时指出羽毛球和箭头也利用硬羽毛的空气动力学效应来实现飞行稳定。这种空气动力稳定原理还被应用于现代战争中的尾翼武器上。

為何踢毽子和羽毛球都需要插上羽毛呢?

踢毽子可以说是既简单又有趣的体育運動了。考古學家在漢代的壁畫砖上發現了踢毽子的人形象,可見其歷史悠久。傳統的制作方法是用布包住一枚铜钱或硬币作為踢毽底,把一根空心鹅毛管的一端剪掉,另一端剪出四道缝,向外折成 90°,用線缝在踢毽底上,然後插入五六根公鸡毛,一個漂亮的踢毽子就完成了。雖然踢毽子的構造很簡單,但却有各種各樣的踢法。許多地方還會舉辦踢毽子比賽,看誰的動作最精彩、难度最大。然而,为什麼一定要在踢毽子上插羽毛呢?拔掉羽毛的踢毽子還能踢得起來吗?做個实验你就会發現,只有插上羽毛,腾空的踢毽子才能保持踢毽底朝下的位置,每次抬脚都能正好與落下的踢毽子相遇。如果拔掉羽毛,踢毽子會在空中翻来覆去,就不能保證脚背正好踢到踢毽底。因此,羽毛的作用就是使踢毽子在空中保持稳定姿態。踢毽子的踢毽底集中了踢毽子的大部分重量,羽毛雖然很轻,但面積比踢毽底大得多。当踢毽子朝一边偏转時,作用在羽毛上的空气阻力會把踢毽子拉回原位,踢毽子就不会翻滚了。用力學分析的語言來說,羽毛的重量雖然很小,但偏離平衡位置時,空气阻力產生的力矩很大,使踢毽子回到踢毽底正下方的姿態。

利用羽毛起稳定作用的不止踢毽子,還有箭和羽毛球等。但箭和羽毛球用的羽毛比踢毽子的公鸡毛硬得多。因为箭和羽毛球的飛行速度比踢毽子快得多,與踢毽子的柔软羽毛相比,硬羽毛能產生更強烈的空气动力學效應,加長的箭杆也為空气动力提供了更長的力臂,使稳定作用更為有效。空气动力學的稳定作用也在現代戰爭中得到應用。所有不旋轉的弹丸,如迫击炮弹、火箭弹和空投炸弹等都带有尾翼。尾翼的作用就是把空气动力學的作用點移到弹丸質心的後方,把翻覆力矩轉變為恢復力矩,產生與踢毽子、箭和羽毛球一樣的稳定作用。