“π日”漫談:未來,你的體育可能是數學老師教的

2021年03月15日08:43  來源:成都日報
 

  3月14日,是一年一度的“π日”。為了紀念這個世界上最著名的常數,2019年底,聯合國教科文組織將3月14日確定為國際數學日。

  3.1415926……從劉徽到祖沖之,從阿基米德到斐波那契,從算籌到超級計算機,π延伸的道路從未停歇,目前,圓周率已經算到了小數點后超過30萬億位,它見証著人類對外界的一步步的探尋,從山洞走向星辰大海,向未知求索。

  同樣,π也見証著人類對身體的一次次超越,向自我突破——而這正是體育之於人類的內涵所在。

  事實上,π與體育,數學與體育之間的聯系,可能超乎很多人的想象。

  很多人在腦海中的第一反應可能是——“足球是圓的”。

  問題來了,一個標准足球究竟多大?國際足聯的標准是,周長68-70厘米之間,除以π,其直徑大約在21.6-22.3厘米之間。為什麼要設定2厘米的一個誤差區間?因為足球外面由皮革拼貼縫制而成,其表面並非純粹的球面,因此從不同位置測量其周長可能會出現數值不同的情況。

  事實上,球直徑上的細微差別,通過π這個放大器,就足以造成其空氣動力學特性的變化,成為前鋒或者守門員的噩夢。而這毫厘之間的微妙,也正是足球不確定性魅力的縮影。

  因此,每隔四年的世界杯用球出爐之際,就是足球科技的“巔峰時刻”。比如最近兩次的俄羅斯世界杯和巴西世界杯,進球總數分別達到169和171個,分別是世界杯歷史總進球數的第三位和並列第一位,制造工藝的進步功不可沒。

  說完大球,談談小球——此前很長一段時間,乒乓球的標准直徑是38毫米,但從2000年底開始,乒乓球國際比賽用球的直徑由38毫米修改為40毫米。直徑增加2毫米,周長增加6.28毫米,重量增加了約0.7克,讓這項運動的方方面面發生了巨變——球速變慢,旋轉變弱,回合數增加……

  當時的一種觀點是,對於擅長速度和旋轉、而力量並不佔優的中國選手來說,這種變化是一個巨大的挑戰。但善於鑽研的國球將士們,迅速摸清了大球的規律,中國乒壇霸主的地位進一步鞏固。

  體育之母田徑也與π形影不離。

  我們都知道,一個標准田徑跑道,包括兩個直道以及兩個半圓構成的彎道,但你知道半圓的半徑是多少嗎?

  其實,不同的彎道半徑,哪怕相差不多,都會造成跑道的參數發生變化。例如,半徑增加1米,其彎道會增加約6.28米,直道會相應縮短,這對於擅長彎道跑的選手顯然是利好。

  因此,在國際田聯的標准手冊中,標准跑道的半徑為36.500米,精確到小數點后第三位,以盡力保証公平。

  當然,這樣的精度要求也給跑道施工方帶來了不小的挑戰,因此,如果沒有“兩把刷子”,顯然無法承辦奧運會、田徑世錦賽這樣的大型賽事。

  以上的這些例子,僅僅是π在體育世界留下的雪泥鴻爪。其實,作為自然科學皇冠上的明珠,數學在各行各業的應用愈發耀眼,體育亦無法例外。如今,從體育競技,到體育經濟,數學和數據科學的應用已經無處不在——它可以決定冠軍歸屬,也可以指導大眾科學健身,可以賦能產業發展……

  過去人們總會調侃“你的數學是體育老師教的”,而在未來,你的體育,卻真的有可能是數學老師教的。據新華社

(責編:袁菡苓、羅昱)