浅谈球类运动中的物理现象
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台球物理原理台球是一项受众多人喜爱的运动,其背后隐藏着丰富的物理原理。
了解台球的物理原理能够帮助我们更好地掌握击球技巧和解析球的运动轨迹。
本文将介绍台球运动中的一些重要物理原理。
一、弹性碰撞台球运动中最重要的物理原理之一是弹性碰撞。
当一颗球撞击到另一颗球时,它们之间会发生碰撞。
根据牛顿第三定律,碰撞中两个物体所受的力大小相等,方向相反。
当球与球碰撞时,它们的形变会产生弹性势能,然后转化为动能,使得被撞球加速运动。
同时,撞球在碰撞中会减速或改变方向。
二、角度与速度台球运动中另一个重要的物理原理是角度与速度的关系。
当我们用球杆撞击台球时,击球的角度和速度会对台球的运动有着直接影响。
击球的角度决定了球的运动方向,而速度则决定了球运动的快慢。
通过调整击球的角度和速度,我们可以控制球的运动轨迹,实现各种技巧性击球。
三、摩擦力摩擦力也是影响台球运动的重要物理原理之一。
当球在台球桌上滚动时,与桌面之间会产生摩擦力。
摩擦力的大小与球和桌面之间的接触面积、表面粗糙程度以及球的质量等因素有关。
摩擦力会使得球在滚动中减速,并最终停下来。
四、角动量守恒角动量守恒也是台球运动中的一个重要物理原理。
当球撞击到另一球时,它们之间的角动量守恒。
角动量是由球的质量、速度和旋转角速度来决定的。
在碰撞过程中,球的角动量可能会转移到另一球上,从而改变它的运动。
利用角动量守恒原理,我们可以预测球的运动轨迹和击球效果。
五、空气阻力在实际的台球游戏中,空气阻力也会对球的运动产生影响。
空气阻力会让球的移动速度减慢,并逐渐停下来。
较重的台球受到空气阻力的影响相对较小,而较轻的台球则更容易受到空气阻力的影响。
因此,在击球时需要对空气阻力进行适当的考虑。
总结起来,台球运动涉及到的物理原理包括弹性碰撞、角度与速度的关系、摩擦力、角动量守恒以及空气阻力。
了解这些物理原理可以帮助我们更好地掌握台球技巧和预测球的运动轨迹。
通过不断的练习和实践,我们可以在台球运动中运用这些原理,提高自己的水平。
投篮涉及的物理知识点总结篮球是一项极具挑战性的运动项目,它融合了许多物理学原理。
投篮作为篮球比赛中的重要环节,也涉及到许多物理知识点。
本文将重点介绍投篮过程中涉及的物理学知识,包括力学、运动学、能量转化等方面的原理。
第一部分:力学1. 力的作用在进行投篮动作时,球员需要施加一定的力量将篮球送入篮筐。
在力学中,力是对物体造成加速度的原因。
根据牛顿第二定律,力等于物体的质量乘以加速度,即F=ma。
在投篮过程中,球员需要施加的力量与篮球的质量和所需的加速度有直接的关系。
2. 力的合成在投篮的过程中,球员需要考虑篮球的抛射角度、出手力度等因素。
这些因素涉及到力的合成问题。
力的合成是指将作用在物体上的多个力按一定规律合并成一个力的过程。
在篮球投篮中,球员需要合理地利用身体的力量,以达到最佳抛射角度和力度,从而使篮球进入篮筐。
3. 力的分解与力的合成相对,力的分解是指将一个力分解成几个分力的过程。
在投篮动作中,球员需要通过肢体的动作,将所施加的力分解成横向和纵向的分力,从而使篮球朝着期望的方向运动。
第二部分:运动学1. 运动的基本规律在篮球投篮中,篮球的运动服从牛顿运动定律。
根据牛顿第一定律,物体会保持匀速直线运动或静止状态,直到外力作用于其改变其状态。
牛顿第二定律则描述了物体受到外力作用时产生加速度的规律。
而牛顿第三定律则描述了物体之间相互作用的规律。
在投篮过程中,球员需要根据篮球的运动状态和受力情况,合理地施加力量以达到预期的运动效果。
2. 抛射运动的特点在进行篮球投篮时,篮球的运动可以看作是一个抛射运动。
抛射运动是指物体在一定角度和初速度的情况下,经过一定的时间和空间运动到达目标位置的过程。
球员需要考虑篮球的抛射角度和力度,以及空气阻力等因素,从而使篮球准确地进入篮筐。
3. 运动的变化规律在进行篮球投篮时,球员需要准确地预测篮球的运动轨迹,以便成功将篮球送入篮筐。
这涉及到运动的变化规律。
球员需要考虑篮球在高空中受到的空气阻力、重力等因素,从而根据篮球的初速度、抛射角度等参数,准确地计算篮球的运动轨迹,并采取相应的动作以达到投篮的目的。
羽毛球运动中的物理学原理1. 引言1.1 羽毛球运动的特点羽毛球运动是一项充满激情和技巧的运动,其独特的特点吸引着无数运动爱好者。
这项运动要求选手具备出色的眼手协调能力、快速反应能力和精准的技巧,同时还需要良好的运动耐力和爆发力。
羽毛球运动是一项需要高度集中和灵活性的运动,选手在瞬息万变的比赛场上需要迅速做出决策并做出精准的动作,以击败对手。
羽毛球运动具有高度的竞技性和观赏性,比赛过程中选手们的精彩回球、快速奔跑和精准击球总是能够吸引观众的目光。
在比赛中,选手们需要不断地进行冲刺、蹲跳、挥拍等动作,这些动作在瞬间完成需要超强的身体协调能力和技术功底。
羽毛球运动是一项充满魅力和挑战的运动,它不仅考验着选手的身体素质和技术水平,还需要选手们具备高度的心理素质和比赛经验。
羽毛球运动的特点使得它成为一项备受热爱和追捧的运动项目,同时也让参与者们能够体验到运动带来的快乐和成就感。
1.2 羽毛球运动中的物理学原理羽毛球运动中的物理学原理主要包括空气阻力、重力、碰撞力学原理、转动力学原理以及摩擦力等方面。
这些物理学原理在羽毛球比赛中起着至关重要的作用,影响着运动员的比赛表现和技术水平。
空气阻力是羽毛球运动中的重要因素之一,它会影响羽毛球在空气中的运动轨迹和速度。
通过减小空气阻力,运动员可以更有效地控制球的飞行轨迹,提高球的速度和稳定性。
重力是羽毛球运动中另一个重要的物理学原理,它直接影响球在空中的下落速度和飞行轨迹。
运动员需要通过控制击球的力度和角度,以及运用重力来判断球的落点,从而在比赛中取得优势。
摩擦力对羽毛球运动同样产生影响,它会影响球与球拍、球网以及地面之间的摩擦力,从而影响球的弹跳和运动轨迹。
运动员需要根据不同的场地情况和球的状态来调整自己的击球方式,以克服或利用摩擦力产生的影响。
羽毛球运动中的物理学原理对比赛和技术有着重要的影响和作用。
通过深入研究和理解这些物理学原理,运动员可以更好地掌握比赛技术,提高竞技水平,带动羽毛球运动的发展和进步。
物理小论文——乒乓球中的物理原理乒乓球是一项被广泛喜爱的运动,其背后蕴含着许多有趣的物理原理。
从球拍的运动到球的弹跳,我们可以通过物理学知识来解释这些现象。
本文将探讨乒乓球运动中的几个关键物理原理,包括运动学、力学以及动能和势能的转化。
首先,我们来讨论乒乓球运动的运动学特征。
运动学是研究物体运动的学科,通过描述位置、速度和加速度等量来描述运动。
在乒乓球中,球拍和球的运动可以用运动学描述。
例如,球员挥动球拍时,球拍经历了加速度和速度的改变,最终与球撞击。
同时,球拍和球之间的相对运动也可以通过运动学来解释。
在乒乓球运动中,力学起着重要的作用。
力学是研究物体运动和受力情况的学科。
在乒乓球比赛中,球员需要用力撞击球,这涉及到力的施加和受力。
力的施加可以改变球的运动状态,例如球的速度和方向。
同时,球与球拍的碰撞也会产生力的作用。
如果球员将球拍向上倾斜,球将以更大的力回弹,而如果球员将球拍向下倾斜,球将以更小的力回弹。
动能和势能的转化也是乒乓球运动中的物理原理之一、动能是物体运动时所具有的能量,而势能是物体在特定位置所具有的能量。
在乒乓球运动中,球经历了动能和势能的转化。
例如,当球员击球时,球拍给球施加了动能。
当球到达对方球员时,动能转化为势能,球具有准备回弹的潜在能量。
最后,当球反弹时,势能再次转化为动能,球向着相反的方向运动。
此外,球的弹跳也受到物理原理的影响。
当球与球拍或球台接触时,弹跳是球运动的重要组成部分。
弹跳与球的弹性和碰撞动量有关。
弹性是物体恢复原状的能力,对于乒乓球来说,球的弹性影响着球的弹跳高度和速度。
碰撞动量是在碰撞过程中球拍和球之间转移的动量。
根据冲量守恒定律,球拍施加的冲量和球反弹时施加的冲量相等。
这会影响球的弹跳高度和速度。
总之,乒乓球中涉及许多有趣的物理原理。
通过运动学、力学、动能和势能转化以及弹性和碰撞动量等物理概念,我们可以解释乒乓球运动中的许多现象。
这些物理原理不仅帮助我们更好地理解乒乓球的运动,也为球员提供了改善他们的技术和技巧的指导。
踢球运用到的物理知识
踢球运用到了许多物理学原理,以下是一些具体的例子:
1. 牛顿第三定律:当球被踢出时,脚对球施加一个作用力,根据牛顿第三定律,球会对脚产生一个大小相等、方向相反的反作用力,从而使球向前飞行。
2. 动量守恒定律:当球在空中飞行时,如果忽略空气阻力,球的运动遵循动量守恒定律。
也就是说,球在空中的飞行方向和速度只取决于脚施加的作用力和球的质量。
3. 摩擦力:在球与地面或草皮之间的滑动过程中,摩擦力起着重要的作用。
如果球的滚动速度不是很快,摩擦力可以使球减速并最终停止。
4. 弹性碰撞:当球与球门或其他物体发生碰撞时,碰撞的能量和方向会影响球的飞行轨迹。
弹性碰撞是指碰撞后球的运动方向和速度只取决于碰撞前的作用力和速度,与碰撞后球的状态无关。
5. 重力:在球被踢出后,由于重力的作用,球会逐渐减速并向下坠落。
在考虑球的运动轨迹时,必须考虑到重力的影响。
6. 流体力学:在射门或任意球等情况下,球的旋转和速度会产生气流,这会影响球的飞行轨迹和落地点的变化。
流体力学的相关知识可以帮助球员更好地控制球的飞行方向和速度。
总之,踢球运用到了许多物理学原理,了解这些原理可以帮助球员更好地掌握踢球的技巧和策略。
羽毛球运动中的物理学原理羽毛球运动是一项非常受欢迎的运动项目,它不仅是一项健身活动,更是一种综合性的体育竞技项目。
在羽毛球运动中,运动员要根据羽毛球的特性和运动规律来进行技术动作的执行,而这些动作背后都蕴含着丰富的物理学原理。
本文将围绕羽毛球运动中的物理学原理展开讲解,希望能够让大家更加深入地了解这项运动的精华所在。
我们要理解羽毛球的基本特性。
羽毛球是一种轻质的运动器材,通常由羽毛和塑胶制成,具有相当大的空气阻力。
这就意味着,当羽毛球在空中飞行时,它将受到空气的阻力而减速。
由于羽毛的轻盈和弹性,羽毛球在运动中能够很好地适应空气的阻力,从而呈现出迅速的速度变化和曲线飞行的特点。
我们要了解羽毛球运动中的几个重要的物理学原理。
首先是力学原理。
在羽毛球比赛中,运动员通过挥拍的方式向羽毛球施加力量,这就是力学原理的体现。
力学原理告诉我们,当力量作用在物体上时,将会产生加速度,使物体具有速度和方向的变化。
羽毛球运动员通过挥拍羽毛球,可以改变羽毛球的速度和方向,从而实现精准击球和控制飞行的目的。
其次是空气动力学原理。
空气动力学原理告诉我们,在运动员挥拍羽毛球时,空气对羽毛球施加的阻力会导致羽毛球在飞行中产生曲线轨迹。
这就需要运动员根据风力和气流的影响来调整挥拍的力度和角度,以便更好地控制羽毛球的飞行轨迹。
空气动力学原理也告诉我们,羽毛球的轻盈和空气动力学特性给运动员带来了更多技术动作的可能性,例如擦网球、挑高球等。
接下来是能量转化的原理。
在羽毛球比赛中,运动员通过挥拍羽毛球将自身的能量转化为羽毛球的动能,从而实现羽毛球的飞行。
而羽毛球在飞行中的动能也将继续受到空气的阻力,并逐渐转化为势能和热能。
在羽毛球运动中,运动员需要根据能量转化的原理来调整自身的力度和节奏,以便更好地控制羽毛球的飞行和落点。
最后是碰撞和弹性原理。
在羽毛球运动中,羽毛球和拍面的碰撞将产生反作用力,并使羽毛球向相反方向运动。
而羽毛球的弹性也将影响到羽毛球的飞行轨迹和速度。
羽毛球运动中的物理学原理羽毛球是一项高度技术化的运动,从肌肉收缩到球拍的挥动,都牵涉到物理学上的各种原理。
下面就让我们来探讨一下羽毛球运动中的物理学原理。
1、运动状态下的惯性定律惯性定律指出了物体在不受外力作用下保持静止或匀速直线运动的规律。
在羽毛球运动中,球员需要有较快的速度和反应能力才能抢先击球,完成反击。
这时,运动员的身体需要快速调整方向,这就需要运用到惯性定律。
比如说,当球员在向前奔跑中突然需要向右侧迅速转移,他就需要把身体极速绕过向右方向的惯性轴转动。
如果身体的转动速度和方向不够准确,就很容易失去平衡,影响击球的准确度。
2、空气阻力除了球拍、球和球员本身等物体之间产生的碰撞力之外,还会有来自空气阻力的力的影响。
这个阻力的大小与空气密度、物体的速度和表面积有关。
在羽毛球的比赛中,球员为了给球以更大的速度,会计算好拉弓的力度,在体力充沛的情况下,“挥臂如风”,使得球速达到最大值。
空气阻力就会因此而显得特别重要,由于阻力的存在,羽毛球的射程、速度和稳定性就会受到影响。
对此,球员需要在比赛中作调整和选择,合理而精准地控制球的轨迹和速度。
3、重力和抛物线运动在羽毛球运动中,球员往往需要发出球的抛物线弧度,使得球的下坠时刚好恰到好处,将球击在对方的半场区域内。
这就涉及到了重力和抛物线运动的原理。
球员发球时,球受到了空气的阻力和地球的引力,初始速度逐渐递减,经过一段时间后,球的速度降至为零,然后再回落。
如果球员打得理想,球的轨迹应当是一个完美的抛物线。
4、弹性碰撞羽毛球的球拍和球之间发生的是一个弹性碰撞。
当打球时,球拍和球之间产生的反力合力使得球拍和球向相反方向被推开,而球的速度会产生显著的变化。
如果球拍太硬,击球的动能就会全部转换成弹性势能,并反弹回去。
如果球拍太软,就无法将能量转换为动能。
当球拍与球产生碰撞时,还存在着摩擦力和扭矩的作用。
因此,羽毛球运动中,运动员需要不断训练,掌握动能和弹性势能之间的平衡。
体育是我们最喜欢的课程,平时同学们在体育课中,进⾏各种各样的体育活动,其实每⼀项体育运动中都渗透着许多物理知识。
体育与物理形同兄妹般亲密。
下⾯介绍⼏个最常见的⽤到物理学原理的运动现象: ⼀、举重中的物理知识 在举重⽐赛中,运动员上场之前总要在⼿上擦些“⽩粉”。
这些“⽩粉”是镁粉,擦过之后,可增⼤⼿与被握物体的摩擦,减少运动中的失误。
⼆、跑步中的物理知识 短跑运动员在短跑时要换穿短跑运动鞋,这种鞋的底部安有⼩钉,运动员在⾼速奔跑时,⼩钉可以扎进跑道,有效地防⽌运动员打滑摔倒。
跑步越向内跑道,跑的越快,这是向⼼⼒的缘故。
跑到终点后,会继续前进⼀段路程,这是惯性在起作⽤。
三、游泳中的物理知识 游泳穿“鲨鱼⾐”在游泳⽐赛中,运动员常穿特殊的游泳⾐──“鲨鱼⾐”。
穿这种游泳⾐的⽬的是减⼩运动员与⽔之间的摩擦,提⾼成绩。
四、球、投篮、乒乓球、⾜球等球类中的物理知识 (⼀)铅球投远 速度:速度快,瞬间爆发⼒,投得就远。
因为初速度越⼤,动能越⼤,投掷的也越远。
我们查阅书本知识知道S=v2Sin2a/g,当a不变v越⼤S也越⼤。
当v不变时,a=45°时,S。
(⼆)投篮:⾓度成450⾓投进的成功率较⾼ 距离越近,投进的成功率。
碰板时,⼏度打过去,会⼏度弹回来。
查阅相关的知识我们作出的解答是:在碰板中,若以⼏度打过去,就会以⼏度返回来,这道理与光的反射定律是相似的。
对于投篮距离越近,投中率越⾼,是因为球在前进过程中还⼀边不断地下落,若距离近⼀些,下落的距离也会⼩⼀些,这样命中率也就⼤了。
(三)乒乓球中的物理知识 接球,击球时球从运动→静⽌,静⽌→运动。
⼒能使物体发⽣形变,球击中,会发⽣变形。
⽓体的热胀冷缩现象,当乒乓球瘪了,放⼊热⽔中⼀烫,就会恢复原状。
能的转化和守恒定律,从⾼出落下,再回升,势能→动能→势能。
越⾼的地⽅落下,转化成的动能越⼤,被反弹上去越⾼。
(四)⾜球中的物理知识 1.球越滚越慢。
篮球方面物理知识点总结篮球在运动中存在着各种物理现象,比如运动中的位移、速度、加速度等。
在进行篮球运动的过程中,这些物理现象都会影响到运动员的表现,同时也影响到球的轨迹和命中率。
因此,运动员和教练需要对这些物理知识有一定的了解,以便更好地掌握篮球运动的规律。
一、篮球的弹跳篮球是一个弹性很好的运动器材,它的弹跳主要受到弹力、重力和空气阻力的影响。
在进行篮球运动时,运动员向地面施加力,篮球受到逆向的弹力,从而产生弹跳。
弹力的大小与地面对篮球施加的力成正比,与篮球的弹性有关。
同时,篮球在弹跳的时候还受到重力和空气阻力的影响。
地球的引力对篮球产生向下的作用力,使篮球下落。
而空气阻力则对篮球产生向上的阻力,使篮球在弹跳的过程中受到阻碍。
这些力的综合作用,决定了篮球的弹跳高度和轨迹。
二、篮球的投射在进行篮球投射的时候,运动员需要考虑到一些物理学上的原理。
首先是投射的角度和力度。
根据抛物线运动的规律,不同的投射角度和力度会产生不同的弧线轨迹,进而影响到球的命中率。
通常来说,投射的角度越大,弧线越高,但是相对的弹跳越小;投射的力度越大,球的速度越快,但是也容易超出篮筐。
因此,运动员需要根据具体情况,选择最佳的投射角度和力度。
另外,运动员在进行篮球投射的时候,还需要考虑到篮球在空中的飞行状态。
例如,篮球在飞行中受到的阻力和空气动力学效应等,都会对篮球的轨迹产生影响。
因此,运动员需要根据这些物理现象,调整自己的投射技术,以提高命中率。
三、篮球的运动规律在进行篮球运动的过程中,篮球会受到各种外部力的作用,从而产生不同的运动规律。
比如,运动员在传球的时候,会受到手臂的力,从而给篮球一个初速度;在篮球在飞行中,会受到空气阻力和重力的影响,从而产生非匀速直线运动和抛物线运动。
这些运动规律都可以通过牛顿运动定律、动量定理、能量守恒定律等物理学知识来解释。
四、篮球比赛中的物理现象在进行篮球比赛的时候,不仅需要运动员具备出色的技术和战术素养,同时也需要考虑到一些物理现象。
探索台球运动背后的物理学原理探索台球运动背后的物理学原理引言台球是一项受到广大人们喜爱的运动,主要以使用球杆推动球体在球桌上进行击球、碰撞等动作。
背后的运动规则和技术动作看似简单,但实际上涉及到丰富的物理学原理。
本文将探索台球运动背后的物理学原理,力求揭示台球运动的本质。
1. 动量守恒定律在台球运动中,动量守恒定律是最基本的物理学原理之一。
动量守恒定律表明,在系统内部没有外力作用的情况下,系统的总动量始终保持不变。
具体到台球运动中,当球体碰撞时,碰撞前后球体的总动量保持不变。
以两个球相撞为例,当一个球以一定的速度撞向另一个球时,由于没有其他外力的作用,球体之间的碰撞只会改变它们的运动状态。
根据动量守恒定律,撞球前后两球的总动量不变。
这意味着,如果一个球向另一个球传递了动量,那么另一个球将以相同的动量继续运动,而原来的球则会减少相同的动量。
2. 动能守恒定律除了动量守恒定律外,动能守恒定律也是台球运动中的重要物理学原理。
动能守恒定律指出,在系统内部没有外力作用的情况下,系统的总动能保持不变。
对于台球运动来说,当球体相撞时,碰撞前后球体的总动能保持不变。
动能是一个物体运动时所具有的能量,它与物体的速度和质量有关。
在台球运动中,当球体彼此碰撞时,部分动能会转化为其他形式的能量,比如热能和声能等。
但总的来说,动能守恒定律保证了系统的总动能不变。
3. 弹性碰撞和非弹性碰撞在台球运动中,碰撞的性质对于球体之间的运动影响很大。
根据碰撞时球体之间相对运动状态的不同,碰撞可以分为弹性碰撞和非弹性碰撞。
弹性碰撞是指碰撞过程中没有能量损失的碰撞。
在弹性碰撞中,碰撞前后球体的动量和动能保持不变。
当一个球以一定速度与另一个球发生弹性碰撞时,碰撞后两球会以相同的速度分开,且它们的动量和动能都不变。
非弹性碰撞是指碰撞过程中有能量损失的碰撞。
在非弹性碰撞中,碰撞后球体的动量和动能会发生改变。
当一个球以一定速度与另一个球发生非弹性碰撞时,碰撞后两球可能会黏在一起,甚至其中一个球的速度减慢,而另一个球的速度增加。
浅谈球类运动中的
物理现象
工商145 王珺月201410730231
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浅谈球类运动中的物理现象关键词:球类运动物理现象摩擦力旋转球飘球弧线球
篮球、排球、足球、乒乓球、网球、台球和高尔夫球等球类运动是参与人数众多、深受欢迎的体育运动,运动的普及和提高关乎全民的身体素质,也关系到国家的荣誉。
在这些球类运动中,只要我们略多思考就会发现很多有趣的物理现象,有些现象我们可以轻而易举的解释,而有些现象却需要仔细思考可能涉及的种种问题,本文将从小球到大球地浅谈一些常见的现象。
一、乒乓球
乒乓球是我国的国球,是世界流行的球类体育项目,我国在乒乓球历史上占有很高的地位。
在乒乓球运动中用到物理知识比比皆是,譬如,将一踩瘪的乒乓球,放在热水里,里面的气体由于温度升高,体积膨胀,会使乒乓球复原。
这一现象充分体现了气体的热胀冷缩的特点。
将一个乒乓球连接在一根线的一端可以模拟伽利略的“单摆实验”,可以探究向心力、加速度……
笔者在此分析一下运动员发球过程中乒乓球的运动的四个阶段:
第一阶段:将乒乓球竖直上抛后,到达一定高度,运动过程中乒乓球的动能在减小,重力势能在增加,最高点处动能为零,重力势能最大,动能转化为重力势能。
第二阶段:乒乓球由最高点处静止下落直到接触球拍的瞬间,球的高度越来越小。
速度越来越大,这个过程中乒乓球重力势能逐渐变小,动能逐渐变大,重力势能转化为动能。
第三阶段:乒乓球由接触到球拍发生弹性形变的最大时刻这个过程中乒乓球的速度越来越小。
而它的弹性形变越来越大,动能逐渐变小,弹性势能逐渐变大,因此是动能转化为弹性势能。
第四阶段:由弹性形变最大至恢复原状。
这个过程中乒乓球的弹性形变越来越小,它的速度越来越大。
动能逐渐变大弹性势能逐渐变小,因此,它是弹性势能转化为动能。
同时,球拍给乒乓球施加了外力的作用使球飞速的运动出去。
二、台球
以丁俊辉为代表的中国军团在台球运动中的崛起,提升了国人对这一运动项目的关注。
笔者在打台球的过程中对于台球库高产生了兴趣,为什么看似不高的库却能在几乎所有情况下挡住力量常常很大的台球呢?(库是台面四周的边框,边框为木制,高出台面,上部贴有标准弹性的胶条,呈T形,外覆羊毛绒台面呢)实际上,库高度的选择是很有讲究的。
假如通过球心用杆在水平方向击球,即图1中取x = r,r为球的半径,球的底部D 点相对于台面向右滑动,球会受到与台面间摩擦力F 的作用,摩擦力与球的滑动方向相反,其作用一方面是产生减速度,使球的滑动速度v放慢,另一方面是相对于球心的力
2
矩F ×r,使球转动,且角速度ω比例于时间增加。
当v =ω×r时,球不再滑动,纯粹以滚动的形式向前运动。
若要避免球在初始阶段的滑动,击球点要高于球心,即x > r,
如图1所示。
如果x选得合适,
球可以从一开始就以滚动的形
式运动。
击打的作用同样是两
方面:一方面使D 点向右运动;
另一方面又由于力不通过球心
使球顺时针旋转,后果是D 点
向左运动。
球无滑动,只有转
动的条件是在球受到击打的瞬间,D点与台面间没有初始的相对运动(因此这里不涉及摩擦力) ,这要求有合适的x 值,使D 点的瞬间行为有如不动的转轴。
从上述两作用相抵消出发,利用D点不动的条件,可以得到x = (7 /5) r = (7 /10) d,其中d = 2 r,是球的直径,击球点应在高于台面,等于球直径的7 /10处。
英式斯诺克台球的直径约为5cm,x 应为3.5cm,这是球台库高的尺寸。
这样的选择,使球碰到岸时会平稳地反射,以滚动的形式运动。
由于没有滑动,能量损失显著减小,相应的也减弱了速度的降低。
由于同样的原因,这一位置也是运动员在正常击球时常选择的击球点。
三、篮球
篮球运动因其趣味性、娱乐性、技术性、合作性的社会属性特点在中学体育运动中相当普及。
仔细挖掘和分析篮球运动的特点,可以找出其中蕴含着很多的物理现象。
在篮球运动中,球员在处于篮板的两侧进攻时是最易命中的,这在运动中有一个专门的语叫做“擦板篮”。
为什么擦板篮很易进框呢?这可以从篮球与篮板的碰撞来进行分析。
如图2所示,将篮球以恰当的力度以合适的角度击向
篮板中黑色的矩形区域,则球将从篮板上反弹,球则
很易入篮框,这可用动量守恒定律来解释,设篮球的
质量为m1,碰前的速度为v1,篮板的质量为m2,碰
后篮球的速度为v1’,篮板的速度为v2’。
此种情况虽
然不是完全满足动能守恒定律的条件,但是可以如此
处理,认为篮板的质量m2。
远远大于球的质量m1。
在碰撞过程中若不考虑机械能的损失,则有v1’=v1,
v2’=0,且若碰前篮球以与篮板成多大的角度射入,碰后则其以与篮板同样的角度反弹出来。
根据这个力学规律,在投擦板篮时,且又是近距离出手,较易控制好投球时球与篮板的角度及出手的力度,那么就很易让球进框。
四、排球
排球场地设备简单,比赛规则容易掌握。
既可在球场上比赛和训练,亦可以在一般空地上活动,运动量可大可小,适合于不同年龄、不同性别、不同体质、不同训练程度
3
的人。
但排球具有高度的技巧性、激烈的对抗性等特性,这项运动中蕴含的物理知识也十分有趣。
在排球运动中,发球可以直接得分或破坏对方的一传,是唯一不受他人制约的技术,历来受到重视。
发飘球的技术兴起于上世纪60年代,包括上手飘球、勾手飘球和后来
发展起来的跳发飘球,由于球飞行轨迹特有的不确定性,忽左忽右,或上飘或下沉,接球方难以应付,成为重要的发球技术,其机理也为人们所关注。
从运动员的实践可以归结出发出飘球的两条要领:一是击球要快速有力,球的初速
度要大到一定的程度;二是作用力一定要通过球心,球在运动中不旋转或转动很慢。
风
洞实验表明,速度从3m / s增加时,球的飘晃距离逐渐加大,在10—15m / s时达到最大,是球在飞行中发生明显飘晃的速度,晃距可达0. 5—0.6m。
速度再高,到16m / s时,晃距明显减小。
这样,发球时球离手的速度确实要高一些,使球在过网后速度仍能保持在10m / s或更高,这样效果最好。
球的飘晃或摆动,都是受到侧向力作用的结果。
这种侧向力和边界层的行为有关。
实际上一些看起来似乎很不重要的情况,诸如表面上的轻微粗糙度,来流中多少带有一些涡旋等等,常常会显著地影响分离点的位置。
如果球并不旋转或转动很慢,边界层
分离点位置的改变和其分布的不对称会是容易理解的。
例如,相对于气流与接缝垂直,气流沿接缝流动时边界层的分离点会更向后推一些。
在临界速度附近,边界层中的气流从层流转变为湍流,球表面状况对分离点位置的影响会更强烈一些。
上述分析应该是一般称为“飘荡型”飘球的成因,也是飘晃距离在球速为10—15m / s时达到最大的理由。
五、足球
足球运动员在罚直接任意球或角球时踢出的弧线球(也常称为香蕉球) ,在空中划出美
妙的曲线,绕过人墙飞入球门,令人叹为观止。
从力学原理知道,球的转向必定是受到侧向力的结果;从运动员踢弧线球的脚法,我们可以推断,这种力一定和球的旋转有关。
图3给出了球顺时针旋转时周围流线
分布的示意。
为简单起见,未将边界层
画出。
从A 到B ,和上节所述相同,
边界层不会脱离球面。
但从B 到C,尽
管此时流体失去了压强差的推动,边界
层最终会和球表面分离,但由于球的转
动,球表面运动方向和气流速度方向一
致,会带动着黏附于其上的边界层运动,
边界层与球面的分离会推后发生。
在球
的下方,球表面运动方向和外部气流方向相反,表面层与球面的分离会提前,分离点向D 点移动。
这样,在球转动时,流线
以及分离点的位置过渡到非对称的形式,气流也因此在经过球后发生了转向。
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对于图3给出的情形,不难判断侧向力作用的方向。
气流在经过旋转的球后,附加了一个向下的动量,由于体系总动量是守恒的,那么球应该感受到一个升力,得到同样大小的向上的动量,飞行轨道因此会发生弯曲。
这一现象最早由德国物理学家H.Magnus在1852年通过在流体中旋转圆柱体受力的实验观察到,通常称为马格纳斯效应,并将相应的侧向力称为马格纳斯力。
直到20世纪初,边界层以及流体与表面分离的概念建立后,人们对这种力产生的原因才有了正确的了解。
马格纳斯力的大小比例于气流的速度v和球的旋转频率f,当然也和球的大小有关,同样的旋转频率,直径大的球周向速度大。
知道了空气阻力和马格纳斯力的表达式,即可计算球的飞行轨道,例如,可以知道在罚直接任意球时,球要有怎样的旋转才能绕过人墙。
在乒乓球运动中,弧圈球是运动员广为采用的技术之一,正手拉加转弧圈球和前冲弧圈球都是强烈上旋的,球上端的周向速度与气流速度相反,马格纳斯力与图2情形不同,是向下的,球的飞行弧线因而降低,且在着台后会急剧前冲下滑,很有威力。
参考文献:《趣谈球类运动的物理》阎守胜
《弧线球运动规律的探讨》葛隆棋
《物理教学与STS教育的关系一谈三大球类运动中的力学现象》弓学莲
《物理知识在球类运动中的运用研究》孙辉
《球类运动中的物理知识》李东峰
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