对乒乓球旋转的力学分析

对乒乓球旋转的力学分析

在乒乓球运动中，球自身的运动有不旋转和旋转两种形式。球的旋转包括上旋球、下旋球和侧旋球，其中上旋球（弧圈球）的应用更为广泛，主要表现在以弧圈球为主和快攻结合弧圈球技术被越来越多的运动员所采用。因此，在乒乓球运动中，对球旋转的研究尤其重要。遗憾的是在乒乓球的教学和训练中，人们较多的是对乒乓球的动作结构，技、战术等进行研究，而对球运动的原理探讨的比较少，这在一定程度上影响了乒乓球技术水平的提高。本文运用力学原理对乒乓球的旋转进行分析，为人们掌握乒乓球的旋转知识，提高乒乓球的教学效果和技术水平提供参考。

1 研究方法

1.1 运用力学的基本原理主要是运用伯努利定理和平行四边形法则，对乒乓球的旋转进行分析。

1.2 运用文献资料法根据课题需要，查阅了许多有关的文献资料。

2 分析讨论

2.1 飞行中旋转球的分析当作用力不通过球的重心，即有一个外力矩作用于球体上使球旋转时，由于球体前进时环流与空气相互作用的结果，球体周围的流线分布会产生很大变化。球旋转的程度和方向不同，产生的效果也不同。

2.1.1 对上旋球的分析上旋球在空中飞行时沿着横轴向前旋转（如图1），由于粘滞性，球会带动周围空气跟着它一起旋转。当球向前飞行时 ，球体上沿的空气环流与迎面空气阻力相反，这一区域的空气流速较小；而球体下沿空气环流与迎面空气阻力一致，这一区域的空气流速较大。根据伯努利定理，流速大的地方压强较小，流速小的地方压强较大，所以球的上沿压强大，下沿压强小，上、下沿产生了压力差，方向向下；由于球体的前沿和后沿环流与空气流动方向垂直，所以不引起压强差。根据平行四边形法则，球所受的合力（P ）指向球的前下方。从以上分析可知，上旋球在飞行过程中有下降趋势，飞行的弧线比较陡，飞行的距离比不旋转球要短些。图 ：注意附件

1，2

2.1.2 对下旋球的分析下旋球则相反，球飞行时沿着球的横轴向后旋转（如图2），球体上沿的空气环流与空气流动方向是一致的，球体下沿的空气环流与空气流动方向相反。所以球的上沿压强小，下沿压强大，上、下沿产生了压力差，方向向上；球的前沿与后沿没有产生压力差，球所受的合力（P ）指向球的后上方。因此，下旋球在飞行中有上升的趋势，飞行弧度大，飞行的速度越来越慢。

v F F v

2.1.3 对左、右侧旋球的分析

左侧旋球在飞行时近似以垂直线为轴向左侧旋转（如图 3，俯视图）。飞行时球的上沿和下沿气流没有什么变化，不产生压力差；球的前沿和后沿环流与空气流动方向垂直，也不产生压力差；球的左侧空气环流与空气流动方向相反，球右侧空气环流与空气流动方向一致。故球的左、右侧产生一个压力差，方向向右，球所受的合力（P ）指向球的右侧后，因此，左侧旋球在空中飞行有向右偏拐的趋势。而右侧旋球的飞行弧度正好与左侧旋球相反，有向左偏拐的趋势。图：注意附件3，4

左侧旋

右侧旋

2.2 旋转球落台的分析旋转球落台时，除了球与台面间的垂直方向有相互作用力（反弹力）外，在水平方向球的旋转力也作用于台面，这个旋转力作为摩擦力同台面发生作用。因此，台面给球一个大小相等方向相反的反作用力，即旋转力的反作用力。

2.2.1 上旋球落台分析上旋球落台时，球的旋转力是沿着水平方向向后作用于台面，而旋转力的反作用力则是向前的（如图4）。这个力使球增加了一个向前的速度U ，于是球的反射速度不再是V 。，而是 V 。与U 的合成速度V 了。即上旋球的反射角明显大于入射角（β>α），而且球从台上反弹起来以后速度快，冲力大，前进中仍然保持着旋转状态。 上旋

下旋

2.2.2 下旋球落台分析下旋球落台时，与上旋球道理相反，球的旋转力沿着水平方向向前作用于台面，而台面施加于球的旋转反作用力则向后（如图5）。这个力使球增加了一个向后的速度U ，于是球的反射速度是V 。与U 的合成速度V 了。球落台后，反射角小于入射角（β<α），球反弹后的前进速度减弱，冲力减少，球落台后显得较高。如果球的下旋很强，而球本身前进力又很小的话，即球台给予球的向后反作用力大于前进力时，球落台后则会出现回跳。图：注意附件5，6

2.2.3 侧旋球落台分析侧旋球落台时，由于球是近似以垂直轴旋转的，故球落台后并不因左右侧旋而变化其对台面的作用力。所以，侧旋球落台后其飞行弧线按照原来的方向顺势继续偏拐。

2.3 旋转球平挡触拍的分析

当上旋球触拍时，继续旋转的球会给球拍一个由上向下的摩擦力，而球拍会给予来球一个由F F f 反弹力 反弹力 f

下向上的反作用力（如图6），这个力增大了球向上反弹的角度。因此上旋球平挡触拍后向上反弹，容易出界。下旋球与上旋球相反，当球碰到拍面时，旋转的反作用力方向向下，这个力的效果是使球反弹的角度减少了。因此下旋球平挡触拍后容易下网。根据上述分析可知，平挡（接球）左侧旋球时，球的反弹方向偏右，球容易向右边出界，而平挡右侧旋球时，球的反弹方向偏左，球容易向左边出界。

3 提高球旋转的方法

3.1 击球时要使作用力线远离球心

乒乓球的旋转程度决定于作用力的大小和力臂的长短，在作用力不变的情况下，力臂越长，旋转力也越强。如图7 所示，L1＞L2，F1L1＞F2L2 。因此，采用F1 的拍形角度和发力方向打过去的球旋转力强。

3.2 拉、削、搓的作用力是增强旋转的关键故击球时要发挥前臂、上臂、手腕和腰、腿的配合用力。

3.3 用球拍合适的部位击球，有利于增强球的旋转挥拍击球时，球拍靠近拍柄部分的摆速V1 小于球拍中部的速度V2，更小于球拍顶端的速度V3（如图8）。因此，在打加旋球时，用靠近拍顶端的适当部分击球有利于增强球的旋转。图：注意附件7，8

3.4 借用来球的旋转这是一种顺着来球方向增强旋转的方法，来球越转，摆速越要快。

3.5 改进球拍的性能，增大球拍胶皮摩擦系数因为摩擦力f=Nμ，在正压力不变的情况下，摩擦系数u 增大，摩擦力增大，球的旋转程度也增大。4 建议在了解了运动力学对分析乒乓球的旋转有重要作用的基础上，还要到实践中去检验。结合教学和训练，

提出如下建议：

4.1 球旋转的教学应重视讲解、示范的环节，重点、难点突出。

4.2 要组织专门的练习，循序渐进，使学生或队员在反复练习中体会和掌握动作。

4.3 采用针对性教学，重视学生和队员相关素质的训练，如：加强上臂、手腕、腰及腿部力量等练习。

4.4 还应与战术配合起来。在比赛中检验练习的效果，借以不断改进和提高。