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国球中的力学问题 0610231李哲 国球 乒乓球 小小乒乓球 曾为我国的外交做出过杰出的贡献 更是为我国带来很多荣誉 被誉为 国球 其打法变化多端 如横拍打法 弧线球打法等等 当然其中有着很多的物理力学问题 勇武理学家的眼光看乒乓球 你试过吗 一个小小的摩擦力 居然使乒乓球成为一项世界性的运动 看过此文 我发现科技上一点微小的进步 可以使乒乓球运动发生如此之大的变革 另外 我还要重新看待乒乓球运动员 他们能在那么短的时间内进行那么复杂的计算 来 像物理学家一样 打一次乒乓球 要讨论的几个问题 球体的运动极其受力 球与板的碰撞 弧线球的分类及形成原理 物理在实际乒乓球的运用 球体的运动及其受力 乒乓球的运动包括平动和转动 应该分开研究 球的受力包括拍给予的轴向力 使球产生向前的速度 和切向力 使球产生旋转 球桌给予的轴向力 使球改变方向 和切向力 减弱球的旋转以及改变球的方向 空气阻力 使球在飞行过程中改变方向 球自身重力 使球下落的力 球与板的碰撞 模型 如果一个球以角速度w旋转 同时以速度v向左运动 直至碰到竖直的板 者接触 作用时间为t 这段时间内 只有两个力作用于球体上 正压力和摩擦力f 分量作用下的结果 弧线球的分类及形成原理 弧圈型上旋球和前冲式上旋球上旋球下旋球合力球与上抛球 弧圈型上旋球和前冲式上旋球 运动员在击打来球时 要保持球拍与水平面有一定的倾角 球就能越过球网 落在对方的球台上 在击球时不是用这种倾角迎面发力 而是使球拍大角度地向上 蹭 球 造成强烈旋转 球落到球台后就会大角度弹起并旋转 一触对方球拍立即高高飞起 这就是弧圈型上旋球 另一种拉球的方法是把倾角减小 球拍在球的顶部向前 蹭 球 球的旋转力很强 运行路线更加平直 一触球台就前冲下滚 与正常的运行路线截然不同 使对手措手不及 运动员称之为前冲式上旋球 合力球与上抛球 靠球的旋转制胜 已经成了重要的得分手段 而发球时制造旋转就更可以先发制人 旋转的强烈程度取决于球与拍发生侧向撞击的速度 乒乓规则要求发球时球必须向上抛起 这时如果把球拍向下切 摩擦球的侧面 球的旋转就会加剧 这是利用了物理中的相对运动 相对速度 在实践中发挥了明显的技术效果 这就是所谓的 合力球 充分体现 前三板 的威力 这种发球制胜的手段几乎无人能敌 于是引起欧洲选手们的一片抗议和抵制 国际乒联也认为发球决胜负会限制乒乓球对攻技术的发展 回合少了 观众就没有兴趣了 失去了观赏价值 于是修改规则 发球时 不得在球上升过程中击球 这样 合力球 事实上就被取消了 不过 这倒更促使教练员们对物理发生了兴趣 既然合力球的根本关键是球与球拍相对摩擦的速度 那么 就把球高高地抛起来 因为根据物理规律 如果忽略空气阻力 那么上抛物体的初速度和它下落到这一点时的速度是相同的 既然发球上抛时不准击球 它下落时总不能还不让打呀 只是速度还是那么快 球还是那么转 上旋球 向击球乒乓球会产生如图2 b 的运动 当乒乓球遇到墙壁时根据下旋球的道理乒乓不仅受到一个与水平方向垂向上的滑动摩擦力的作用 显然此时乒乓球受到的合力方向是斜向上的 如果是一名初学者接球 而他又没有考虑到乒乓球的旋转 乒乓求很容易出台 这也就是上旋球的名字的由来 另外大家经常说 扣杀 这种球幅度大 力量大 不仅旋转性强 而且质心速度快 攻击性强 它本质上是上旋球 一般的初学者对这种球都是较难控制的 只有认真研究其物理知识 经常练习 也将会像张怡宁那样手举乒乓球拍站在世界人头上 下旋球 当乒乓球遇竖直墙壁时它受到一个与墙垂直的正压力的作用 由于乒乓球与墙的接触点相对于墙向上运动 它还会受到一个与相对运动相反的滑动摩擦力的作用如图1 c 所示 乒乓球接触墙时受到的合外力总是斜向下的 如果不是与墙碰 而是一个初学者用球拍与球相碰 而他又没有考虑到乒乓球的旋转 只是逆着球的运动方向击球 乒乓球很容易下网 下旋球也因此出名 物理在实际乒乓球的运用 球拍 一 球拍及其性能 二 球拍的选择 球拍及其性能 1 正胶海绵拍胶皮海绵拍反弹力较强 击球击球速度较快 并能制造一定的旋转 它的特点在于速度快 在制造旋转和对球的控制方面不如反胶海绵拍 2 生胶海绵拍生胶海绵拍是正贴胶皮海绵拍的一种 但其胶皮上的颗粒比普通正胶海绵的要大一些 生胶海绵一盘选用较薄较硬一些的 其回球速度快 打出的上旋球着台后正点明显下沉 但不易制造旋转 3 长胶海绵拍长胶海绵拍也是正贴胶皮海绵的一种 其胶粒高度长于正胶和生胶海绵拍 胶皮较软 长胶海绵拍打球时 和普通球拍的性能相反 搓削下旋时 回过来的球变成不转球 挡或攻上旋球时 回过来的球变成旋球 长胶本身不制造较强旋转 主要是依靠来球的不同旋转而产生相反的旋转 二 球拍的选择 1 底板的选择一个好的底板应具有两个特点 一是击球时不感到底板震手 二是底板有较好的控球性能 为了达到第一点要求 底板的厚度一般以6 5毫米左右为宜 要达到第一点要求 就要选底板既不太硬 也不太软 2 胶皮的选择如果是攻击性选手运动员 以拉弧圈球为主要进攻手段的 应选择使用反胶胶皮或生胶胶皮 削球运动员在选择反胶胶皮或正胶胶皮外 一般还可在球拍的另一面选用长胶胶皮和