解析乒乓球中上旋球与弧圈球的力学原理

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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