乒乓球旋轉(zhuǎn)的力學(xué)分析

1、乒乓球旋轉(zhuǎn)的力學(xué)分析摘要：在乒乓球運動項目活動中，由于乒乓球的旋轉(zhuǎn)方式有很多，而不同的旋轉(zhuǎn) 方式會呈現(xiàn)出不同的運動狀態(tài)，其中均滲透著重要的“角色”，即物理學(xué)知識一 一力度。力度在旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮著著極其重要的作用，而掌握乒乓球旋轉(zhuǎn)特性及 力度控制，對于運動員的實戰(zhàn)能力的提升有著極其重要的意義，故本研究以下應(yīng) 用物理力學(xué)原理來揭示乒乓球旋轉(zhuǎn)奧秘及其機(jī)理，從而為廣大乒乓球運動項目愛 好者旋轉(zhuǎn)技能提升提供一定的理論依據(jù)，由此增加乒乓球運動項目活動的參與興 趣。關(guān)鍵詞：乒乓球 旋轉(zhuǎn)球 受力運動在乒乓球運動項目活動中，往往一方發(fā)出旋轉(zhuǎn)球技能的時候即可制敵，這是 因為發(fā)出去的球其在空中邊旋轉(zhuǎn)便前進(jìn)，以至于對

2、方不了解其發(fā)球的前進(jìn)方向以 及其轉(zhuǎn)變方向，最終未來得及應(yīng)對而“敗下陣來”，由此可見，旋轉(zhuǎn)球技能在乒 乓球運動的過程中發(fā)揮著極其重要的威力，通過對乒乓球旋轉(zhuǎn)力學(xué)的分析，有助 于提升運動員的競賽技能水平，因此，本文以下基于乒乓球旋轉(zhuǎn)球的飛行特點、 跳動特點及反彈特點了解不旋轉(zhuǎn)球、上旋球的特性，尤其以了解其飛行過程中的 力學(xué)機(jī)理及其與空氣的相互作用，從而以加深對乒乓球運動項目活動中旋轉(zhuǎn)球技 能的了解。一、乒乓球旋轉(zhuǎn)球的物理特性在乒乓球運動項目活動中，旋轉(zhuǎn)球的種類有以下幾種，比如說側(cè)旋球、下旋 球等，而不同的旋球方式有著其自身的特性，然而它們之間又有著共同的性質(zhì)， 現(xiàn)本研究以下來敘述乒乓球運動項目活動

3、中的旋轉(zhuǎn)球特點：（一）關(guān)于飛行特點首先，旋轉(zhuǎn)球在飛行的過程中其因受到氣流影響而發(fā)生側(cè)壓力，由此改變了 其運行弧線，而運行的弧線形狀會隨著球體受到氣流影響程度，即側(cè)壓力大??； 其次，旋轉(zhuǎn)球在飛行的過程中也會改變其飛行速度，這是因為旋轉(zhuǎn)球遇到氣流側(cè) 壓力與重力同向情況時，其運行速度會增加，相反則慢。（二）關(guān)于跳動特點旋轉(zhuǎn)球在跳動的過程中其彈跳方向及彈跳角相較于不旋轉(zhuǎn)球而言存在著一 定的異常，這是因為旋轉(zhuǎn)球在運行的過程中其與乒乓球臺表面發(fā)生了摩擦力度不 同于不旋轉(zhuǎn)球，因此，其彈跳的角度及方向不同于不旋轉(zhuǎn)球。（三）關(guān)于反彈的特點假如設(shè)定對方乒乓球拍不動，乒乓球旋轉(zhuǎn)球的反彈角度存在著異常，并且反 彈角度

4、也異于正常不旋轉(zhuǎn)球，且其反彈方向偏離正常反彈方向，球?qū)S著其在 球拍表面滾動的方向偏去。綜上，乒乓球旋轉(zhuǎn)球相較于不旋轉(zhuǎn)球而言存在著一定的差異，其在運行的過程中 存在著較多不確定因素，即飛行速度及飛行弧線形狀異常、跳動角度與跳動方向 異常、反彈角度及反彈角度異常等，以至于對方在遇到旋轉(zhuǎn)球時無法快速掌握與 及時對應(yīng)而“敗下陣”，由此可見，旋轉(zhuǎn)球在乒乓球運動項目競技活動中是贏得 比賽的一重要手段。二、不旋轉(zhuǎn)球的物理特性及其力學(xué)分析（一）不旋轉(zhuǎn)球運行過程中與空氣的相互作用當(dāng)乒乓球在運動的過程中沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而是呈靜止的狀態(tài)在空氣中從左到 右運動，依據(jù)運動相對性而言，可以將移動的乒乓球視為靜止運動的，

5、而空氣是 自右向左的，由此根據(jù)空氣流線的對稱性可以了解到，乒乓球上下方的對應(yīng)點處， 空氣的流速的平等的，這樣根據(jù)伯努利方程計算可以得知，乒乓球上下方對應(yīng)點 的壓強(qiáng)也是平等的，因此，乒乓球并不會受到空氣流動影響而發(fā)生向上或向下的 力作用。（二）不旋轉(zhuǎn)球的飛行弧線根據(jù)上述內(nèi)容可以了解到，當(dāng)乒乓球不旋轉(zhuǎn)平行運動時，其不受任何外力的 影響，其會向著初速度的方向作勻速直線運動，然而不可否認(rèn)的事實是，乒乓球 會受到地球引力的影響，即重力而導(dǎo)致其飛行軌跡發(fā)生改變，隨即呈現(xiàn)出拋物線 運動軌跡。如果再考慮到空氣阻力的影響，則乒乓球的運動方向會產(chǎn)生一定的阻 力而降低了其運動速度，最終影響到乒乓球的射程，因此，最終

6、乒乓球飛行弧線 呈現(xiàn)出以下兩個特點，即弧線的高度會逐漸降低、弧線后半部分比較陡。（三）不旋轉(zhuǎn)球的跳動情況當(dāng)乒乓球沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)情況時，其以速度V落到對方臺面時，其切向分速度 給球臺以切向力f,依據(jù)牛頓第三定律可以了解到，乒乓球臺會給予球相等的反 作用力f，因臺面阻力較小，以至于乒乓球與球臺之間產(chǎn)生的摩擦系數(shù)低，因 此，球臺產(chǎn)生的反作用力較低，其可以使球碰撞后速度的切向分量氣稍小于碰 撞前速度的切向分量V1，另外，由于乒乓球與球臺的恢復(fù)系數(shù)約為0.9,使球碰 撞后速度的法向分量un損失約百分之十，這樣乒乓球的實際反彈速度為氣與un 的合速度U （詳情如圖一所示）。由此可以看出，不旋轉(zhuǎn)乒乓球其接觸球

7、臺后其 彈跳角度高于射入角度、接觸臺面后乒乓球運行速度減小、彈跳高度降低。圖一 不旋轉(zhuǎn)球在臺面的跳動（四）不旋轉(zhuǎn)球觸球拍的反彈當(dāng)乒乓球在運動的過程中突然遇到球拍的話，則乒乓球會出現(xiàn)反彈，而其反 彈的力度與其在臺面的跳動力度一樣，也因為如此，乒乓球彈射角度與射入角度 不相等，并且其反彈的速度會因突然遇到的阻力而降低，由此可以總結(jié)出，不旋 轉(zhuǎn)球在乒乓球運動競賽過程中沒有“威力”。三、乒乓球上旋球的物理特性及其力學(xué)分析在對上旋球特性及其力學(xué)分析前，首先需要了解一下其定義，即球拍擊乒乓 球時，其除了有向前力以外，還附加了向上用力，由此改變了原來球心力的作用 線，均從球心的上部通過，則此擊打方式被稱為上

8、旋球。（一）上旋球運行過程中與空氣的相互作用上旋球自發(fā)出后其全過程均會受到空氣的影響，其在旋轉(zhuǎn)的過程中還會帶動 自身周圍的空氣一起旋轉(zhuǎn)，由此形成一個空氣環(huán)流層，與此同時，乒乓球向前飛 行時，其球體上方的空氣的平動速度與球體旋動方向相反，空氣整體流速較小， 而球體下方空氣的平動速度與球體旋動方向相一致，因此，其空氣流速較大。根 據(jù)伯努利方程可以了解到，當(dāng)流速越大時，則其壓強(qiáng)越低，由此得知，乒乓球下 方的壓強(qiáng)小于上方的壓強(qiáng)，因此，當(dāng)乒乓球上旋球向著對方飛行時，其因受到空 氣流的影響而受到阻力f以外，還會產(chǎn)生一定的向下作用力f，此時，向下作 用力f和其自身飛行孤線法線相互結(jié)合，最終產(chǎn)生法向加速度的情

9、況，但是由 于乒乓球因受到重力的影響，其在運行的過程中又會受到垂直向下重力的影響， 使球很快地向下墜落，由此飛行孤度加大，由此使得乒乓球擊出及空中滯留時間 大大縮短了，然而注意的是，其飛行孤度的高度相應(yīng)的變高了，使其很容易過網(wǎng) 而更易贏得比賽。（二）觸臺面反彈情況當(dāng)乒乓球上旋球落到對方臺面時，其因受到臺面給予的切向作用力f的影響 而增加了反彈方向的速度，由此使其彈跳角度大于不旋轉(zhuǎn)球的正常彈跳角，且反 彈速度突然增加，最終導(dǎo)致乒乓球很快彈出臺面“飛走”而不易被對方所接住。（三）觸球拍反彈情況當(dāng)上旋球發(fā)給對方時，對方應(yīng)用球拍接到這樣的乒乓球時，其會易發(fā)生出界 或高球被扣死情況，這是因為，上旋球在觸

10、對方球拍時，其因發(fā)球產(chǎn)生的上旋強(qiáng) 度沖擊到球拍，加上旋轉(zhuǎn)慣性使得乒乓球瞬間飛出球拍而向著相反的地方“飛 出”，最終導(dǎo)致“反擊失敗”。結(jié)語綜上，本研究以上將乒乓球運動項目活動中的旋轉(zhuǎn)球若干物理特性進(jìn)行了介 紹與敘述，并且將乒乓球運動項目活動當(dāng)中的不旋轉(zhuǎn)球、上旋轉(zhuǎn)球物理特性及其 力學(xué)進(jìn)行了分析、探索，從二者之間的特性中可以看出它們之間的差異，與此同 時，也了解到上旋轉(zhuǎn)球的“殺傷力”，使其在乒乓球運動項目活動中“一招制敵”。 因此，當(dāng)運動愛好者通過掌握上旋轉(zhuǎn)球競賽技術(shù)時，其對于勝利將會更近一步， 事實上，除了上旋轉(zhuǎn)球技能以外，還有下旋轉(zhuǎn)球技能、左側(cè)旋球、右側(cè)旋球，這 些均能夠滿足運動員勝出競賽的需求。本研究這里通過對比乒乓球不旋轉(zhuǎn)球與上 旋轉(zhuǎn)球的特性及其力學(xué)進(jìn)行了分析，以期望本研究的敘述能夠為有關(guān)研究學(xué)者及 運動愛好者提供一定的參考借鑒意義。參考文獻(xiàn)：蘇衛(wèi)紅，何葉曼，朱友德.乒乓球旋轉(zhuǎn)球的力學(xué)分析J.雁北師范學(xué)院學(xué)報. 2012(02).陳小華，何啟生，馬月英，黃莉芹.乒乓球擊球節(jié)奏與技能J.武漢體育 學(xué)院學(xué)報.2010(04)孫在，余廣鑫，郭美，朱麗莉，楊軍，何正兵乒乓球弧圈球的空氣動力學(xué)原 理及其飛行軌跡