中國(guó)羽毛球再添一獎(jiǎng)牌！頂級(jí)奧運(yùn)選手打過(guò)來(lái)的羽毛球，到底有多難接？

8月5日，巴黎奧運(yùn)會(huì)羽毛球女單決賽，中國(guó)隊(duì)選手何冰嬌獲得銀牌。作為一項(xiàng)高強(qiáng)度、短間歇特征的運(yùn)動(dòng)，羽毛球風(fēng)靡全球，得到了人們的廣泛喜愛(ài)。

羽毛球運(yùn)動(dòng)要求運(yùn)動(dòng)員在場(chǎng)上通過(guò)各種擊球技術(shù)配合下肢移動(dòng)步法，在接住對(duì)手擊球的同時(shí)將球回?fù)糁翆?duì)手不易接住的位置，在競(jìng)技體育中有著獨(dú)特的魅力。

不知道你有沒(méi)有想過(guò)，頂級(jí)奧運(yùn)選手打出的羽毛球到底有多厲害？他們又是怎么挑戰(zhàn)著人類的極限，把這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的魅力發(fā)揮到了極致？

8月4日，中國(guó)選手何冰嬌在比賽中。新華社記者賈浩成攝

羽毛球：比高鐵還快的球

羽毛球是目前速度最快的球類運(yùn)動(dòng)，在最新的吉尼斯世界紀(jì)錄大全的記載中，蘭基雷迪擊出一記 565公里/小時(shí)的羽毛球，成為吉尼斯世界紀(jì)錄的保持者。而一般高鐵的速度為250公里/小時(shí)。

各種球類運(yùn)動(dòng)的最高運(yùn)動(dòng)速度。圖片來(lái)源：Physicsofballsports

羽毛球?yàn)槭裁茨茱w得那么快？主要是因?yàn)橛鹈虮容^輕（重量只有4.74~5.50克），并且球拍足夠長(zhǎng)（不超過(guò)680mm）。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在手臂、手腕以及球拍的共同作用下發(fā)力的時(shí)候，較輕的重量有利于羽毛球產(chǎn)生更大的加速度，而較長(zhǎng)的球拍能夠產(chǎn)生較大的線速度。

但羽毛球場(chǎng)地的長(zhǎng)度僅為13.4米，若以400公里/時(shí)的球速計(jì)算，羽毛球飛越全場(chǎng)僅需約0.12秒，而人眨一次眼睛約需0.2秒，如果羽毛球按照初始速度飛行，一眨眼的工夫就已經(jīng)飛了全場(chǎng)了。

當(dāng)然實(shí)際上羽毛球的速度并不是一成不變的。世界紀(jì)錄所說(shuō)的羽毛球速度，指的是羽毛球脫離球拍時(shí)的速度，而羽毛球在空中的運(yùn)動(dòng)只受到空氣阻力和重力的作用，它的速度會(huì)逐漸減小，這時(shí)我們的眼睛才終于能找得到球了。但這也只是找得到球，離接得到球并順利打回去還有很遠(yuǎn)的距離。

同時(shí)，羽毛球的羽毛是朝同一時(shí)針?lè)较騼A斜排布的。為了分析它的受力，我們可以把每一片羽毛看作一個(gè)薄板，其在空氣中前進(jìn)時(shí)會(huì)受到方向垂直于平面且與速度方向相反的力，如下圖所示：

羽片受力示意。圖片源自：參考文獻(xiàn)[1]

我們發(fā)現(xiàn)，這些力的合力會(huì)使得羽毛球整體繞軸線旋轉(zhuǎn)，當(dāng)羽毛球以更快的速度行進(jìn)時(shí)，受到的阻力會(huì)越大，合力產(chǎn)生的力矩也會(huì)隨之增大，使得羽毛球更快旋轉(zhuǎn)。如果我們用角速度Ω與羽毛軸向半徑R相乘，得到羽毛外緣處的線速度，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其幾乎與行進(jìn)速度呈線性關(guān)系。

羽毛球旋轉(zhuǎn)線速度與行進(jìn)速度關(guān)系。圖片源自：參考文獻(xiàn)[1]

由圖可知，羽毛球行進(jìn)速度越快，旋轉(zhuǎn)速度越快，而這種旋轉(zhuǎn)有利于羽毛球在飛行時(shí)的穩(wěn)定，使得運(yùn)動(dòng)員能打出漂亮的擊球軌跡。

頂級(jí)羽毛球員：

超級(jí)計(jì)算機(jī)+超級(jí)機(jī)器人

不同的擊球動(dòng)作（包括高遠(yuǎn)球、吊球、網(wǎng)前球、平抽球、扣球等）中，扣殺球無(wú)疑是最受大家喜愛(ài)的，并且在比賽中能夠起到一錘定音的作用。有研究顯示，男子單打回合的最后一次擊球使用扣殺球的頻率為29.1%±8.4%，而殺球的速度能夠達(dá)到400公里/時(shí)以上，畫(huà)面極富力量感與沖擊感。

而在不同的戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)景中，教練會(huì)提出不同的要求，調(diào)整擊球的速度和方向，比如在雙打中強(qiáng)調(diào)封攻，在單打中強(qiáng)調(diào)點(diǎn)殺和劈殺。這一系列戰(zhàn)術(shù)，都源自對(duì)羽毛球運(yùn)動(dòng)軌跡的理解。

不同于網(wǎng)球，羽毛球本身質(zhì)量較輕，且飛行時(shí)受空氣阻力影響較大，其飛行軌跡嚴(yán)重偏離拋物線的形狀。羽毛球在空中飛行時(shí)，除了受到重力外，還受到大小與速度平方成正比，方向與速度反向的阻力。

羽毛球的具體運(yùn)動(dòng)軌跡則由初始速度的大小和方向決定。有研究提出了羽毛球飛行遵循的運(yùn)動(dòng)方程，并做了不同初始速度下羽毛球飛行軌跡的計(jì)算值（實(shí)線）與實(shí)際值（散點(diǎn)）的對(duì)比。由圖我們就能理解羽毛球的運(yùn)動(dòng)軌跡，也找到了那種明明感覺(jué)羽毛球要出界，它卻近似垂直落下來(lái)的原因。

M, ρ 和 S 分別是羽毛球的質(zhì)量、密度和截面積，U是速度的大小，U和g是速度和重力加速度的矢量，而 CD 是與測(cè)試條件相關(guān)的阻力系數(shù)。（來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

不同初始速度羽毛球軌跡計(jì)算值與實(shí)際值的對(duì)比。圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]

可以說(shuō)，頂級(jí)羽毛球運(yùn)動(dòng)員的大腦都是一臺(tái)精密的計(jì)算機(jī)，而身體則是一臺(tái)精確的機(jī)器。在比賽過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員們通過(guò)調(diào)整擊球的力度與角度，讓球落到對(duì)手難以顧及的地方，而為了防守，運(yùn)動(dòng)員們需要不斷進(jìn)行急停急轉(zhuǎn)、快速加速和變向運(yùn)動(dòng)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在45分鐘的比賽中，羽毛球運(yùn)動(dòng)員要做300次以上身體位置調(diào)整幅度超過(guò)90度的動(dòng)作改變。而這，對(duì)運(yùn)動(dòng)員們的眼力、應(yīng)變能力、擊球能力等都提出了極高的要求。

羽毛球比賽并不休閑

需要“超人”一樣的體能

有項(xiàng)研究將世錦賽男單決賽、世界羽聯(lián)超級(jí)系列賽和非洲羽毛球錦標(biāo)賽的比賽時(shí)間放在一起進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)羽毛球男單比賽的持續(xù)時(shí)間約為24.5～78.0分鐘。同足球（90分鐘）、籃球（40或48分鐘）相比，實(shí)際比賽時(shí)間看起來(lái)不長(zhǎng)，但在這樣短的時(shí)間里，羽毛球運(yùn)動(dòng)員要完成扣殺、劈殺和突發(fā)性半蹲位起跳、回動(dòng)、移動(dòng)等高強(qiáng)度、高速度的動(dòng)作，幾乎一刻不能停，這對(duì)體力的消耗可想而知。

在一場(chǎng)單打比賽中，運(yùn)動(dòng)員擊球的次數(shù)一般都在數(shù)百次乃至上千次以上，而且擊球的速度幾乎是網(wǎng)球比賽中最快速的發(fā)球或棒球職業(yè)聯(lián)賽中最快速的擲球的兩倍。其中數(shù)百次的擊球，需要大幅度揮動(dòng)胳膊，這大大超過(guò)了棒球職業(yè)聯(lián)賽中的揮臂次數(shù)。

心率可以在直觀反映運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的同時(shí)間接推算能量代謝，而肌肉乳酸濃度能夠反應(yīng)肌肉力量爆發(fā)的強(qiáng)度。通過(guò)測(cè)量羽毛球運(yùn)動(dòng)員的生理參數(shù)指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，盡管不同的研究存在差異，但運(yùn)動(dòng)員的心率至少都在150次/分鐘以上，達(dá)到180次/分鐘的情況也并不罕見(jiàn)。

國(guó)外一項(xiàng)基于自2010年1月到2022年9月之間的27份文獻(xiàn)記錄研究也分析比較了各種持拍類運(yùn)動(dòng)的心率及肌肉乳酸濃度，發(fā)現(xiàn)相較于乒乓球運(yùn)動(dòng)的心率及肌肉乳酸濃度（103.99(±15.09)bpm和1.2(±0.4)mmol/L），羽毛球運(yùn)動(dòng)的心率及肌肉乳酸濃度高達(dá)182.6(±2.7)bpm和10.11(±4.99)mmol/L，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度可見(jiàn)一斑。

羽毛球單打比賽的能量代謝和生理學(xué)參數(shù)。圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]

下圖是中國(guó)國(guó)家羽毛球隊(duì)的體能測(cè)試項(xiàng)目表，你可以對(duì)照參考下自己的體能，看看要想和國(guó)家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員同臺(tái)競(jìng)技的話，體能差異有多少吧。

中國(guó)羽毛球協(xié)會(huì)國(guó)家羽毛球隊(duì)入隊(duì)體能測(cè)試項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)（試行）。圖片來(lái)源：中國(guó)羽毛球協(xié)會(huì)官方網(wǎng)站

作為一項(xiàng)高技巧、高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，羽毛球運(yùn)動(dòng)員們不僅需要很好的身體素質(zhì)和技術(shù)，比賽中的心理狀態(tài)、戰(zhàn)術(shù)安排也發(fā)揮著重要作用。正如圍棋中“提前預(yù)判對(duì)方意圖，抓住對(duì)方的弱點(diǎn)”，由于羽毛球球速過(guò)快，場(chǎng)地較小，很難全程用視覺(jué)跟進(jìn)羽毛球，所以對(duì)來(lái)球幾乎都要進(jìn)行預(yù)判。

只有了解對(duì)方的弱點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)方的失誤，才有把握去戰(zhàn)勝對(duì)方。很多時(shí)候，一場(chǎng)精彩的羽毛球比賽，不僅是技術(shù)和體能的競(jìng)賽，也是一場(chǎng)精彩的心理戰(zhàn)，而羽毛球運(yùn)動(dòng)員們，也是心理戰(zhàn)的高手。

每一位優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的背后，都是艱苦而不懈的努力，是不斷拼搏的體育精神。這些幕后的鍛煉，和賽場(chǎng)上的競(jìng)技精神使得他們獲得遠(yuǎn)超常人的殊榮。讓我們祝賀我國(guó)的羽毛球運(yùn)動(dòng)員，為他們點(diǎn)贊！

話說(shuō)回來(lái)，如果我們真的和奧運(yùn)選手來(lái)一場(chǎng)“友誼賽”，想必輸贏已經(jīng)不重要了吧，畢竟我們也是和奧運(yùn)選手同臺(tái)競(jìng)技的人呢，四舍五入相當(dāng)于參加了奧運(yùn)會(huì)了。

參考文獻(xiàn)

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策劃制作

作者丨李瑱 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所博士

審核丨馮強(qiáng) 國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所國(guó)民體質(zhì)與科學(xué)健身研究中心副主任

馬勇 武漢體育學(xué)院教授