解析乒乓球中上旋球与弧圈球的力学原理
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摘要:乒乓球运动中的上旋球及弧圈球运动,也遵循力学的运动原理,研究这些原理,对提高理论水平有帮助。
关键词:上旋球;弧圈球;旋转;抛物线
乒乓球活动中的上旋球,是运动员挥拍向上,摩擦并打击
球的后点形成的旋转球,对接球的一方会有什么影响,球会怎
样运动?我们以力学运动原理进行讨论并分析:
1 一般上旋球
111 如图1—(a)所示(略),是不转球运动的轨迹。
即甲
方发一不转球,球按抛物线运动的轨迹落台弹起,又按抛物线
运动的轨迹落到乙方的台面弹起后,在空中某一位置时,乙方
用适当的形式接球(这个适当的形式是乙方的球拍与水平面
所成一夹角Α)并顺利地将球接回到甲方的台面上,完成击球
任务。
设乙方球拍双面反胶。
112 若甲方挥拍发出一个上旋球,球一边旋转一边按抛
物线的轨迹落到乙方的台面上并弹起。
这时接球的乙方如果
判断不准确,按照下旋球去进行还击,或按不转球进行还击,
则球的返回路线的轨迹就发生了变化。
产生这种变化的原因
是球拍上的胶皮面与乒乓球接触时产生的摩擦力对球的旋转
起到了阻碍作用,使以自身直径为轴旋转的乒乓球又增添了
一种以球和球拍的接触点为轴的滚动(这个转轴与自身旋转
轴平行,这条轴在球拍面内),就是在这弹起前的瞬间的滚动,
迫使球的运动方向发生了改变,使球产生了向上“蹦”的现象,
如图(略)1—(b)。
就产生了不是“回球过高”就是球飞出台面
“接发球失误”的现象,造成对方攻球得分或发球直接得分的
局面。
因此,在接上旋球时,就要适当地将球拍竖一下,把球拍
平面和水平面之间的夹角适当增大一点,使球从球拍上弹起
做抛物线运动时的仰角小一些。
这个仰角是球弹起后的抛射
速度方向与水平方向之间的夹角,根据力学知识,这个仰角与
球的上升高度有很大的关系,这个关系是:
h=v2sin2Η2g
式中h是球从脱离球拍开始上升的最大高度;g是重力加速度;v是球从球拍上弹起后的速度;Η是球做抛射运动时的仰角,即速度方向与水平方向之间的夹角。
可见,只要仰角Η变小,球升高的高度自然会降低,球上升高度降低,球在空中水平方向上飞行的距离就短,飞行距离变短,乒乓球就不会或者不容易飞出台面,造成自己的“接发球失误”,或者“回球过高”。
球拍平面和水平面之间的夹角Α多大才适合,(或者说Η角多大才合适),这需要运动员根据自己积累的经验去掌握,还要根据发球者发球的速度的大小,方向以及旋转的程度去调整,去达到这个合适的形式,将球接回到对方的台面上,如图(略)1—(C)。
有时候这个合适的形式中的合适角度Α可能超过90度,使球拍下扣,形成对球的推挤技术。
如果要给对方一个高质量的回球,需要运动员自身具有更高层次的技战术水平(图略)。
2 弧圈球
对于强烈旋转的上旋球,成为弧圈球。
弧圈球分前冲弧圈球和高吊弧圈球两类,弧圈球的特点是旋转强烈,其运动原理较一般上旋球有明显的不同。
一般的上旋球,旋转不强烈,空气气流对它的影响相对较小,而对速度快、旋转又强的弧圈球来说,空气气流的影响就不能忽视,并且对它的运动产生非常重要的作用。
大家知道,飞机的升空翱翔,是飞机翅膀的结构造成了飞机翅膀上下方的气流压强不相等造成的。
对于流体的性质,记得最清楚的一句话是“流速大压强小”。
因为贴近飞机翅膀上方的空气气流层的流速大,压强小,飞机翅膀下方的气流层流速小,压强大,使得飞机翅膀下方受空气的压力大于飞机翅膀上方受到的压力,总的结果是:飞机受到一向上的作用力,所以飞机升空。
对于乒乓球在空气中运动的情形如何呢?
首先,空气属于粘滞性流体,其内部之间存在内摩擦力,最明显的例子是奔驰的汽车从我们身边驶过之后,会感受到空气的流动。
因此,乒乓球在空气中旋转时,乒乓球表面附近的空气随球一起旋转,形成一层薄薄的流动层,称作环流层的气流。
乒乓球在空气中作不旋转时的运动时,空气被乒乓球挤
压以后从球的表面流过,贴近球表面层的气体相对于球来说就形成了层流,这层流相对于乒乓球具有一定的速度。
层流的流动方向与球的运动方向相反。
乒乓球被拉成强烈的上旋球以后,球上方的环流层和层流的流动方向相反,起到相互抵消的结果,使球上方的气流速度较小。
相反,在球的下方的环流层和层流流动方向相同,合成后的结果,使球下方的气流速度较大一些。
根据流体“流速大压强小,流速小压强大”的性质,可知乒乓球上方的气流对球的压力大,乒乓球下方的气流对球的压力小。
对整个球讲,它除受重力以外,还受到气流对它向下的压力,因此球的运动弧线变低,有下沉的感觉。
再加上在抽拉弧圈球时,力量大,球与台面之间的摩擦力也大一点,也会使球在弹起之前有一点瞬时的滚动,所以在高水平的赛事上,经常见到拉出的前冲弧圈球已很低的状态过网,过网以后碰到台面后,根本不往上蹦,而是像“扎猛子”一样,一头扎下去的奇特现象。
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解析乒乓球中上旋球与弧圈球的力学原理。