8月5日，巴黎奧運(yùn)會羽毛球女單決賽，中國隊(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，羽毛球風(fēng)靡全球，得到了人們的廣泛喜愛。

羽毛球運(yùn)動要求運(yùn)動員在場上通過各種擊球技術(shù)配合下肢移動步法，在接住對手擊球的同時(shí)將球回?fù)糁翆κ植灰捉幼〉奈恢?，在競技體育中有著獨(dú)特的魅力。

不知道你有沒有想過，頂級奧運(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)動的魅力發(fā)揮到了極致？

8月4日，中國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，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)動的最高運(yùn)動速度。圖片來源：Physics of ball sports

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（不超過 680mm）。

當(dāng)運(yùn)動員在手臂、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，而較長的球拍能夠產(chǎn)生較大的線速度。

但羽毛球場地的長度僅為 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)動只受到空氣阻力和重力的作用，它的速度會逐漸減小，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)針方向傾斜排布的。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)，受到的阻力會越大，合力產(chǎn)生的力矩也會隨之增大，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)動員能打出漂亮的擊球軌跡。

頂級羽毛球員：超級計(jì)算機(jī)+超級機(jī)器人

不同的擊球動作（包括高遠(yuǎn)球、吊球、網(wǎng)前球、平抽球、扣球等）中，扣殺球無疑是最受大家喜愛的，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，畫面極富力量感與沖擊感。

而在不同的戰(zhàn)術(shù)場景中，教練會提出不同的要求，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)，都源自對羽毛球運(yùn)動軌跡的理解。

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)）的對比。由圖我們就能理解羽毛球的運(yùn)動軌跡，也找到了那種明明感覺羽毛球要出界，它卻近似垂直落下來的原因。

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 是與測試條件相關(guān)的阻力系數(shù)。（來源：參考文獻(xiàn)[1]）

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

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

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在 45 分鐘的比賽中，羽毛球運(yùn)動員要做 300 次以上身體位置調(diào)整幅度超過 90 度的動作改變。而這，對運(yùn)動員們的眼力、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)間看起來不長，但在這樣短的時(shí)間里，羽毛球運(yùn)動員要完成扣殺、劈殺和突發(fā)性半蹲位起跳、回動、移動等高強(qiáng)度、高速度的動作，幾乎一刻不能停，這對體力的消耗可想而知。

在一場單打比賽中，運(yùn)動員擊球的次數(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，需要大幅度揮動胳膊，這大大超過了棒球職業(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。通過測量羽毛球運(yùn)動員的生理參數(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。

國外一項(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)動的心率及肌肉乳酸濃度，發(fā)現(xiàn)相較于乒乓球運(yùn)動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)動強(qiáng)度可見一斑。

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

下圖是中國國家羽毛球隊(duì)的體能測試項(xiàng)目表，你可以對照參考下自己的體能，看看要想和國家隊(duì)運(yùn)動員同臺競技的話，體能差異有多少吧。

中國羽毛球協(xié)會國家羽毛球隊(duì)入隊(duì)體能測試項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)（試行）。圖片來源：中國羽毛球協(xié)會官方網(wǎng)站

作為一項(xiàng)高技巧、高強(qiáng)度的運(yùn)動，羽毛球運(yùn)動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)判對方意圖，抓住對方的弱點(diǎn)”，由于羽毛球球速過快，場地較小，很難全程用視覺跟進(jìn)羽毛球，所以對來球幾乎都要進(jìn)行預(yù)判。

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

每一位優(yōu)秀的運(yùn)動員成績的背后，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，和賽場上的競技精神使得他們獲得遠(yuǎn)超常人的殊榮。讓我們祝賀我國的羽毛球運(yùn)動員，為他們點(diǎn)贊！

話說回來，如果我們真的和奧運(yùn)選手來一場“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)選手同臺競技的人呢，四舍五入相當(dāng)于參加了奧運(yùn)會了。

參考文獻(xiàn)

[1] Cohen C, Texier B D, Quéré D, et al. The physics of badminton[J]. New Journal of Physics, 2015, 17(6): 063001.

[2] 張儉.羽毛球競技運(yùn)動特點(diǎn)分析[J].體育世界(學(xué)術(shù)版),2019,(06):89-90.

[3] 王適嫻,郭振向.羽毛球單打比賽時(shí)間結(jié)構(gòu)與能量供應(yīng)特征的研究綜述及訓(xùn)練啟示[J].中國體育科技,2023,59(04):3-10.

[4] Cádiz Gallardo MP, Pradas de la Fuente F, Moreno-Azze A, Carrasco Páez L. Physiological demands of racket sports: a systematic review. Front Psychol. 2023 Mar 30;14:1149295.

策劃制作

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

審核丨馮強(qiáng) 國家體育總局體育科學(xué)研究所 國民體質(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

策劃丨何通 林林

責(zé)編丨何通

審校丨徐來