板球物理学风洞实验揭示了为什么用近乎水平的手臂投球会导致击球困难

赢得板球比赛的关键是欺骗对方的击球手——这可不是一件容易的事，因为投球手投出的板球时速接近100英里。近年来，一种流行的投球技术是在投球时保持手臂几乎完全水平，斯里兰卡球星LasithMalinga和MatheeshaPathirana就曾使用过这种技术。这种投球的空气动力学让体育物理学家感到困惑。

在《流体物理学》中，研究人员开始解开这种投球动作如何导致球难以击中的谜团。AafreinBegamFaazil及其同事利用风洞描述了由于手臂近乎水平地投球而引起的旋转导致球周围压力场的变化。

“板球运动员所展现的独特和非传统投球风格引起了广泛关注，尤其突出了他们在比赛初期使用新球的熟练程度，”作者KizhakkelanSudhakaranSiddharth说道。“他们的投球技巧经常欺骗击球手，使得这些投球手在几乎所有比赛形式的比赛的所有阶段都发挥出色。”

板球沿其轨迹摆动的幅度和方式在很大程度上取决于球的旋转和操作雷诺数之间的相互作用，操作雷诺数是一个无量纲量，与流体密度、球尺寸、空速和流体粘度有关。

为了弄清问题的核心，该团队采用了一种尾流测量耙装置，该装置由多个管子组成，用于捕捉球下游的压力。此外，还配备了一个成像系统，能够检测连接的压力计中检测到的压力变化。这项研究检查了风洞中以每分钟2,500转的速度旋转的板球的流动动力学。

Siddharth表示：“本研究采用的同步横穿成像技术与传统压力计相结合，取得了超出预期的惊人精度。事实证明，这是一种在风洞环境中复制体育赛事中复杂而动态情况的出色方法。”

研究小组发现，在旋转时，球附近的低压区会扩大并增强，而这些区域会向下游移动并减弱。在更高的旋转速度下，低压区开始变为持续的双叶形状。

研究结果支持了以下理论：这些较新的保龄球技术利用了马格努斯效应，即高速旋转会产生使球在飞行过程中发生移动的效应。

Siddharth希望这项研究能激发人们对了解板球动力学物理学的兴趣。该团队希望研究球的磨损等其他因素如何影响空气动力学。