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(xiàng)運(yùn)動(dòng)原先可是貴族的“高級(jí)玩具”！它的起源可以追溯到19世紀(jì)的英國(guó)，名字叫“Battledore and Shuttlecock”（擊球和

飛梭）。那時(shí)候，英國(guó)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(gè)插滿羽毛的軟木球在空中多飛一會(huì)兒。規(guī)則？幾乎沒有！只要?jiǎng)e讓那只“羽毛球”落地，就算贏。

這種游戲很早其實(shí)是從印度傳到英國(guó)。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(huì)，順便推廣了這項(xiàng)游戲。結(jié)果，大家玩得不亦樂乎，干脆就以“Badminton”命名了這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。

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(guó)羽毛球協(xié)會(huì)成立，正式把這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)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(guó)、印尼和馬來西亞，羽毛球簡(jiǎn)直成了“國(guó)民的運(yùn)動(dòng)”。為什么？因?yàn)樗T檻低！一塊空地、兩把球拍、一個(gè)球，就能開打。不需要貴族的莊園，哪怕是在街頭巷尾，兩個(gè)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(jiǎn)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?yàn)橛鹈虻膬r(jià)格瘋漲，又重拾“貴族運(yùn)動(dòng)”的頭銜。從2023年下半年羽毛球價(jià)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。現(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(jiǎn)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(gè)圓錐形。高級(jí)比賽用的一般是鵝毛，因?yàn)樗鼈冇餐?、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(zhǎng)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(shí)又美觀。

3. 球頭：挨打的“硬漢”

球頭是羽毛球的“受力點(diǎn)”，得承受球拍的狂轟濫炸。高級(jí)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(dòng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）。

本次測(cè)試的羽毛球，球頭采用復(fù)合軟木+臺(tái)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(gè)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(duì)每片羽毛的形態(tài)和完整性進(jìn)行分析，可也對(duì)羽毛組成的錐形結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量計(jì)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(gè)空氣動(dòng)力學(xué)奇跡。裙邊的圓錐形設(shè)計(jì)讓它在空中飛行時(shí)會(huì)自動(dòng)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(shí)，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(hào)