認識乒乓球運動與力學原理,存在相互關係

乒乓球運動是大家喜愛的一項體育活動,其中包含有許多力學知識,用力學知識來指導乒乓球運動,我們對物理知識會有更深刻的理解。在乒乓球運動中主要有以下幾方面與力學知識有關 。


認識乒乓球運動與力學原理,存在相互關係

力矩與球的旋轉

在乒乓球運動中,旋轉球是克敵致勝的法寶,那末如何使球能在前進中旋轉呢?

如圖1所示,給物體施加一個過質心“O”點的推力,該物體就只能沿力的方向平動 。

如圖2所示,給物體施加一個偏離質心“ O ”點的作用力,物體就可在F的作用下既平動又產生旋轉。其轉動效果由F對O點產生的力矩的大小決定 。

認識乒乓球運動與力學原理,存在相互關係

由以上分析可知,要使乒乓球旋轉起來,則要求給球施加一個不通過其球心的力的作用。

擦力與球的轉動

認識乒乓球運動與力學原理,存在相互關係

如圖3所示,拍擊球的瞬間向上拉動球拍,則球受F彈和摩擦力f 。 兩個力的作用,F禪過球心不產生力矩,球在F彈力作用下向前飛行的同時,f’與球相切,產生使球逆時針旋轉的效果,這即是乒乓球運動中的上旋球 。

同理,只要在拍擊球瞬間向不同方向拉動球拍,就會使球產生不同方向且與球相切的摩擦力(如圖4、5所示) 。

實際上在乒乓球運動中的:切、削、搓、拉、帶、提等技術動作都是指拍與球接觸瞬間使拍與球產生側向相對運動,從而使球受側向摩擦力作用,而產生旋轉 。

伯努利原理與弧線球

在乒乓球飛行軌跡中,會出現許多軌跡不在同一豎直平面內的弧線球,類似足球中的香蕉球。這些球為何會出現不同的各種弧線,主要原因是空氣在“作怪”。要解決這個問題就必須瞭解伯努利原理。請看圖6。在兩條自由下垂的白紙條之間吹氣,發現兩紙條會相互吸引,根據伯努利原理可知,流體流速大處壓強小,而流速小處壓強大,這樣兩紙片就受到側向壓力F1和F2的作用而吸引 。

認識乒乓球運動與力學原理,存在相互關係

在乒乓球前進過程中,由於球的旋轉也會產生類似情況,如圖7所示,對下旋球來研究,球上方空氣相對於球的流速小,而下方空氣相對於球的流速大,這樣就產生對球向下的側向壓力 。

使球的飛行軌跡變低,而上旋球則剛好相反。對側旋球會出現側向壓力,這種側向壓力的作用使球的飛行方向側轉,類似於足球的香蕉球。(如圖8所示)軌跡①是不轉球的拋物線型軌跡,而軌跡②是強側旋球的S型軌跡線 。

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動量定理與接發球

乒乓球運動中,對付高速、強旋轉球是非常困難的,如果對動量定理有較深刻的理解,加上平時的刻苦訓練,對付起來也會容易一些 。

動量定理告訴我們,衝量等於物體動量的改變,可用以下公式說明:Ft =△(mv)當接高速強旋轉球時,要對球進行減力,必須延長球與拍間的作用時間,而延長作用時間的方法,可以從選擇球拍上著手,球拍選擇軟質的球拍,可延長作用時間,從而減小作用力F。

而在球拍選好的情況下要減力,則要求運動員握拍要松持,這樣也能對來球起到緩衝作用,從而減小球與拍間的作用,而不致使回球出界 。

速度、加速度與攻防

乒乓球運動中,運動員在進攻時,要收到較好的進攻效果就必須使球有高速的運動和較強的旋轉 。

如何使球產生更大的速度呢?主要是增大拍對球的打擊力 。 從而使球產生較大的加速度,在瞬間使球產生一個較大的速度 。

例如,設乒乓球質量為m,拍對球的打擊力為F,則在這種打擊力作用下產生的加速度為a(即a =F/m) ,如果作用時間為t,則有球速(v=at=Ft/m) 可見球速的大小主要取決於拍對球的作用力 。

而在防守時,則必須首先判斷來球的速度、旋轉和落點等,作好應對準備以爭取反應時間,提高防守能力 。

物理知識與球拍的選擇

選擇一適合自己的球拍能更快的提高運動水平。在運動中不同的人對球有不同的打法和不同的理解,技術動作也各不相同。對快攻型選手,要求爭取時間使打出的球速度快,具有較大的威脅,這樣就要求選擇能產生強彈力的較硬的球拍。對削球型選手和以弧線球取勝的選手,主要是使球在運行過程中產生高速自轉來增強攻擊能力,這時選擇的球拍要有較大的動摩擦因數,且拍質較軟的球拍,讓球可在拍面上產生較長時間接觸,使摩擦力對球的作用時間能更長,從而產生更強的旋轉 。

而對於初學者來說,選擇的球拍要求質地鬆軟,且拍面較光滑,這時就不會因為技術動作的不熟練和經驗不足導致接球失誤。當然要選擇好球拍還要對不同球拍的性能以及能發揮的作用有一個清楚的認識 。


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