初中物理体压强与流速的关系在乒乓球上的应用

流体压强与流速的关系在乒乓球运动中的应用

在球类运动中，为了让球沿不同的轨迹运动，运动员往往让球沿不同的方向旋转。在这里应用了流体压强与流速的关系：在气体和液体中，流速越大的位置压强越小。我们以乒乓球为例，研究一下球类运动中是如何应用流体压强与流速的关系的。

乒乓球前进过程中由于不同的旋转方向，它会沿不同的径迹运动（如图甲所示）。运动员用三种不同的击球方法把乒乓球击出，分别是：上旋球、下旋球和不转球。所谓上旋和下旋，就是以乒乓球的轴心为准，向上旋转的为上旋，向下旋转的为下旋。请判断，图甲中1、2、3三条径迹哪一条是上旋球（图中沿逆时针方向旋转）的？哪一条是下旋球（图中沿顺时针方向旋转）的？哪一条是不转球的？下面我们来分析一下。

上旋球就是让球做前滚翻运动，朝对方飞过去，就像汽车轮胎一样。由于空气具有一定的粘滞性，因此当乒乓球转动时，空气就与球面摩擦，旋转着的球就带动周围的空气层一起转动。上旋球如图乙所示，乒乓球向左运动的同时，还不断沿逆时针方向旋转，则空气流相对于乒乓球来说向右流动，同时球四周的空气还被旋转的球带动作逆时针方向转动。这样球体上方的空气除向右平动外，还向左转动，两者方向相反；球体下方的空气除向右平动外，还向右转动，两者方向相同。因此，乒乓球下方空气的流速大于乒乓球上方空气的流速。根据流体压强与流速的关系：在气体和液体中，流速越大的位置压强越小。所以乒乓球下方的压强小，上方的压强大，因此乒乓球受到的空气压力方向向下。于是乒乓球在向下的空气压力和向下的重力（合力方向向下，并大于重力）的作用下，沿弧线迅速下落，这样就产生了上旋球。上旋球的特点是飞行幅度高，过网弧度大，在空中急速落下，不易出界，且落地后反弹高而快，前冲力较大，将使对手较难还击。上旋球的轨迹如图甲中的径迹1。

下旋球就是让球做后滚翻运动，朝对方飞去。如图丙所示，乒乓球向左运动的同时，还不断沿顺时针方向旋转，则空气流相对于乒乓球来说向右流动，同时球四周的空气还被旋转的球带动作顺时针方向转动。这样球体上方的空气除向右平动外，还向右转动，两者方向相同；球体下方的空气除向右平动外，还向左转动，两者方向相反。因此，乒乓球上方空气的流速大，下方空气的流速小，则球下方的压强大，上方的压强小，于是球受到向上的压力。这样在向上的空气压力和向下的重力（重力与空气压力的合力方向向下，但大小小于重力）的作用下就产生了下旋球。下旋球的特点是在空中飞行的时间长，故上飘飞行距离长，过网弧度很小，落地后弹跳低平，比不转的球弹得更低。下旋球的轨迹如图甲中的径迹3。

图甲中的径迹2处于上旋球与下旋球的轨迹之间，是不转球的轨迹。

其实，乒乓球旋转的种类很多，如上旋、下旋、左侧旋、右侧旋、左侧上旋、左侧下旋、右侧上旋、右侧下旋等。但它们的原理都是相同的，即都利用了“在气体和液体中，流速越大的位置压强越小”的物理知识。