X4 Poseidon多模塊高分辨顯微CT ：生活中的科技 - 羽毛球的結(jié)構(gòu)

布魯克X射線部門 王金波 

羽毛球：從貴族的“羽毛”到平民的“飛來飛去”

你知道嗎？羽毛球這項運動原先可是貴族的“高級玩具”！它的起源可以追溯到19世紀(jì)的英國，名字叫“Battledore and Shuttlecock”（擊球和

飛梭）。那時候，英國貴族們穿著繁復(fù)的禮服，手持木制球拍，在莊園的草坪上優(yōu)雅地?fù)]舞，試圖讓一個插滿羽毛的軟木球在空中多飛一會兒。規(guī)則？幾乎沒有！只要別讓那只“羽毛球”落地，就算贏。

這種游戲很早其實是從印度傳到英國。到了1873年，博福特公爵（Duke of Beaufort）在自己的莊園“Badminton House”里大擺宴會，順便推廣了這項游戲。結(jié)果，大家玩得不亦樂乎，干脆就以“Badminton”命名了這項運動。

19世紀(jì)末，隨著工業(yè)發(fā)展的推進(jìn)，羽毛球的裝備開始量產(chǎn)，球拍從昂貴的木制手工品變成了普通人也能買得起的工業(yè)產(chǎn)品。羽毛球本身也從“真鵝毛”進(jìn)化到更便宜的材料，比如鴨毛甚至后來的合成材料。規(guī)則也逐漸規(guī)范化，1893年，英國羽毛球協(xié)會成立，正式把這項運動從“貴族的后花園”推向了全世界。

20世紀(jì)初，羽毛球開始在亞洲、歐洲和美洲流行。像是中國、印尼和馬來西亞，羽毛球簡直成了“國民的運動”。為什么？因為它門檻低！一塊空地、兩把球拍、一個球，就能開打。不需要貴族的莊園，哪怕是在街頭巷尾，兩個小孩拿根繩子當(dāng)網(wǎng)，也能玩得熱火朝天。羽毛球的“平民化”速度，簡直比它的殺球還快！

令人意想不到的是，近這兩年，深受大眾喜愛的羽毛球，卻因為羽毛球的價格瘋漲，又重拾“貴族運動”的頭銜。從2023年下半年羽毛球價格一路漲到現(xiàn)在，漲幅遠(yuǎn)超黃金，并在可預(yù)見的未來依然保持穩(wěn)定?，F(xiàn)在，讓我們借助來自布魯克的“神兵利器”——X4 Poseidon，來一探這堪比黃金的羽毛球到底是什么樣的。

1. 羽毛球的結(jié)構(gòu)

▲ 全新羽毛球（鴨毛）無損三維結(jié)構(gòu)，分辨率26um，X4 Poseidon

羽毛球的結(jié)構(gòu)簡單粗暴，分成兩大部分：裙邊和球頭。裙邊負(fù)責(zé)讓它飛得穩(wěn)、飛得遠(yuǎn)，球頭負(fù)責(zé)挨打（被球拍擊飛）。這兩部分相輔相成，缺一不可， 組成“頭重腳輕”的小火箭。

2. 裙邊：飛行的秘密武器

傳統(tǒng)羽毛球的裙邊由16根鵝毛（或鴨毛）組成，這些羽毛插成一個圓錐形。高級比賽用的一般是鵝毛，因為它們硬挺、彈性好，飛起來穩(wěn)定又帶旋轉(zhuǎn)。羽毛得從鵝的同一側(cè)翅膀（左翼或右翼）取，確保飛行軌跡一致。每根羽毛長約6-7厘米，插在球頭上，角度精確到毫米。羽毛之間還用膠水和細(xì)線固定，結(jié)實又美觀。

3. 球頭：挨打的“硬漢”

球頭是羽毛球的“受力點”，得承受球拍的狂轟濫炸。高級羽毛球一般用軟木做中心，中低端球可能用復(fù)合木或合成材料，外裹一層薄皮（通常是合成皮或薄牛皮）。軟木輕而有彈性，能把球拍的力轉(zhuǎn)化成飛行動力。球頭的直徑大約是25-28毫米，重量精確控制在4.74-5.50克之間（國際標(biāo)準(zhǔn)）。

本次測試的羽毛球，球頭采用復(fù)合軟木+臺纖的雙拼結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如下圖（使用過的球）所示。

通過全新羽毛球XRM可觀察到這個球的球頭內(nèi)部含有高密度填充物，從三維圖像中可以清晰觀察到填充部位，填充體積。很有可能是為調(diào)整配重所添加。

▲ 全新羽毛球球頭部位XRM切片圖（左側(cè)），MIP三維圖像（右側(cè)）

▲ 使用過的羽毛球（鴨毛）三維結(jié)構(gòu)，分辨率26um，X4 Poseidon

▲ 使用過的羽毛球正交三視圖

圖片中可對每片羽毛的形態(tài)和完整性進(jìn)行分析，可也對羽毛組成的錐形結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量計算，來研究經(jīng)過多次重?fù)艉?，錐形結(jié)構(gòu)的變化。

羽毛球的結(jié)構(gòu)是個空氣動力學(xué)奇跡。裙邊的圓錐形設(shè)計讓它在空中飛行時會自動翻轉(zhuǎn)，球頭朝前，羽毛朝后，減少空氣阻力。羽毛的排列和角度還能讓球旋轉(zhuǎn)，增加穩(wěn)定性。飛起來時，羽毛球的軌跡像拋物線，既快又穩(wěn)，難怪職業(yè)選手能打出“殺球如炮彈”的效果。

轉(zhuǎn)載于《布魯克X射線部門》公眾號