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“π日”漫谈:未来,你的体育可能是数学老师教的

【时间:2021年03月15日】【来源:新华网】【作者:】【编辑:金翔义】

  新华社广州3月14日电(记者王浩明)3月14日,是一年一度的“π日”。为了纪念这个世界上最著名的常数,2019年底,联合国教科文组织将3月14日确定为国际数学日。

  3.1415926……从刘徽到祖冲之,从阿基米德到斐波那契,从算筹到超级计算机,π延伸的道路从未停歇,目前,圆周率已经算到了小数点后超过30万亿位,它见证着人类对外界的一步步的探寻,从山洞走向星辰大海,向未知求索。

  同样,π也见证着人类对身体的一次次超越,向自我突破——而这正是体育之于人类的内涵所在。

  事实上,π与体育,数学与体育之间的联系,可能超乎很多人的想象。

  很多人在脑海中的第一反应可能是——“足球是圆的”。

  问题来了,一个标准足球究竟多大?国际足联的标准是,周长68-70厘米之间,除以π,其直径大约在21.6-22.3厘米之间。为什么要设定2厘米的一个误差区间?因为足球外面由皮革拼贴缝制而成,其表面并非纯粹的球面,因此从不同位置测量其周长可能会出现数值不同的情况。

  事实上,球直径上的细微差别,通过π这个放大器,就足以造成其空气动力学特性的变化,成为前锋或者守门员的噩梦。而这毫厘之间的微妙,也正是足球不确定性魅力的缩影。

  因此,每隔四年的世界杯用球出炉之际,就是足球科技的“巅峰时刻”。比如最近两次的俄罗斯世界杯和巴西世界杯,进球总数分别达到169和171个,分别是世界杯历史总进球数的第三位和并列第一位,制造工艺的进步功不可没。

  说完大球,谈谈小球——此前很长一段时间,乒乓球的标准直径是38毫米,但从2000年底开始,乒乓球国际比赛用球的直径由38毫米修改为40毫米。直径增加2毫米,周长增加6.28毫米,重量增加了约0.7克,让这项运动的方方面面发生了巨变——球速变慢,旋转变弱,回合数增加……

  当时的一种观点是,对于擅长速度和旋转、而力量并不占优的中国选手来说,这种变化是一个巨大的挑战。但善于钻研的国球将士们,迅速摸清了大球的规律,中国乒坛霸主的地位进一步巩固。

  体育之母田径也与π形影不离。

  我们都知道,一个标准田径跑道,包括两个直道以及两个半圆构成的弯道,但你知道半圆的半径是多少吗?

  其实,不同的弯道半径,哪怕相差不多,都会造成跑道的参数发生变化。例如,半径增加1米,其弯道会增加约6.28米,直道会相应缩短,这对于擅长弯道跑的选手显然是利好。

  因此,在国际田联的标准手册中,标准跑道的半径为36.500米,精确到小数点后第三位,以尽力保证公平。

  当然,这样的精度要求也给跑道施工方带来了不小的挑战,因此,如果没有“两把刷子”,显然无法承办奥运会、田径世锦赛这样的大型赛事。

  以上的这些例子,仅仅是π在体育世界留下的雪泥鸿爪。其实,作为自然科学皇冠上的明珠,数学在各行各业的应用愈发耀眼,体育亦无法例外。如今,从体育竞技,到体育经济,数学和数据科学的应用已经无处不在——它可以决定冠军归属,也可以指导大众科学健身,可以赋能产业发展……

  过去人们总会调侃“你的数学是体育老师教的”,而在未来,你的体育,却真的有可能是数学老师教的。

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