乒乓球運動與力學(xué)原理

1、乒乓球運動與力學(xué)原理乒乓球運動是學(xué)生喜愛的一種體育活動，其中包含有許多力學(xué)知識，用力學(xué)知識來指導(dǎo)乒乓球運動，學(xué)生對物理知識會有更深的理解，對乒乓球運動會更加熱愛。在乒乓球運動中主要有以下幾方面與力學(xué)知識有關(guān)。1 力矩與球的旋轉(zhuǎn)在乒乓球運動中，旋轉(zhuǎn)球是克敵致勝的法寶，那末如何使球能在前進中旋轉(zhuǎn)呢?如圖l 所示：給物體施加一個過質(zhì)心“O”點的推力，該物體就只能沿力的方向平動。如圖 2 所示：給物體施加一個偏離質(zhì)心“ O ”點的作用力，物體就可在既平動又產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)動效果由 F 對 O 點產(chǎn)生的力矩的大小決定 。F 的作用下由以上分析可知， 要使乒乓球旋轉(zhuǎn)起來，則要求給球施加一個不通過其球心的力的

2、作用 。2 摩擦力與球的轉(zhuǎn)動從前面的分析可知，使球轉(zhuǎn)動的關(guān)鍵在于作用在球上的力不通過球心，而這個力從何而來呢 ?這個力來源于球拍對球的摩擦力。如圖3 一 5 所示，在拍擊球的同時，使拍對球有相對運動就能產(chǎn)生摩擦力。如圖 3，拍擊球的瞬間向上拉動球拍，則球受 F 彈 和 摩擦力 f 。 兩個力的作用， F 彈 過球心不產(chǎn)生力矩， 球在 F 彈力作用下向前飛行的同時， f 與球相切， 產(chǎn)生使球逆時針旋轉(zhuǎn)的效果，這即是乒乓球運動中的上旋球 。同理，只要在拍擊球瞬間向不同方向拉動球拍，就會使球產(chǎn)生不同方向且與球相切的摩擦力 ( 如圖 4、5) 。實際上在乒乓球運動中的：切、削、搓、拉、帶、提等技術(shù)動作

3、都是指拍與球接觸瞬間使拍與球產(chǎn)生側(cè)向相對運動，從而使球受側(cè)向摩擦力作用，而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。3 伯努利原理與弧線球在乒乓球飛行軌跡中，會出現(xiàn)許多軌跡不在同一豎直平面內(nèi)的弧線球，類似足球中的香蕉球。這些球為何會出現(xiàn)不同的各種弧線，主要原因是空氣在作怪。要解決這個問題就必須了解伯努利原理。 請看圖 6。在兩條自由下垂的白紙條之間吹氣， 發(fā)現(xiàn)兩紙條會相互吸引，根據(jù)伯努利原理可知，流體流速大處壓強小，而流速小處壓強大，這樣兩紙片就受到側(cè)向壓力 F 1 和 F 2 的作用而吸引。在乒乓球前進過程中，由于球的旋轉(zhuǎn)也會產(chǎn)生類似情況，如圖 7 所示，對下旋球來研究，球上方空氣相對于球的流速小，而下方空氣相對于球的流速

4、大，這樣就產(chǎn)生對球向下的側(cè)向壓力。使球的飛行軌跡變低，而上旋球則剛好相反。對側(cè)旋球會出現(xiàn)側(cè)向壓力，這種側(cè)向壓力的作用使球的飛行方向側(cè)轉(zhuǎn)， 類似于足球的香蕉球。 (如圖 8) 軌跡是不轉(zhuǎn)球的拋物線型軌跡，而軌跡是強側(cè)旋球的 S 型軌跡線 。4、動量定理與接發(fā)球乒乓球運動中，對付高速、強旋轉(zhuǎn)球是非常困難的，如果對動量定理有較深刻的理解，加上平時的刻苦訓(xùn)練，對付起來也會容易一些。動量定理告訴我們，沖量等于物體動量的改變，可用以下公式說明： F. t= (mv)當接高速強旋轉(zhuǎn)球時，要對球進行減力，必須延長球與拍間的作用時間，而延長作用時間的方法，可以從選擇球拍上著手，球拍選擇軟質(zhì)的球拍，可延長作用時間

5、, 從而減小作用力 F 。而在球拍選好的情況下要減力，則要求運動員握拍要松持，這樣也能對來球起到緩沖作用，從而減小球與拍間的作用，而不致使回球出界。5、速度、加速度與攻防乒乓球運動中，運動員在進攻時，要收到較好的進攻效果就必須使球有高速的運動和較強的旋轉(zhuǎn) 。如何使球產(chǎn)生更大的速度呢 ?主要是增大拍對球的打擊力度，在瞬間使球產(chǎn)生一個較大的速度 。 從而使球產(chǎn)生較大的加速例如，設(shè)乒乓球質(zhì)量為 m，拍對球的打擊力為 F，則在這種打擊力作用下產(chǎn)生的加速度為 a( 即 a =F/m) ，如果作用時間為 t ，則有球速， v = at=Ft/m) 可見球速的大小主要取決于拍對球的作用力 。而在防守時，則必

6、須首先判斷來球的速度、旋轉(zhuǎn)和落點等，作好應(yīng)對準備以爭取反應(yīng)時間，提高防守能力 。6、物理知識與球拍的選擇選擇一適合自己的球拍能更快的提高運動水平。在運動中不同的人對球有不同的打法和不同的理解，技術(shù)動作也各不相同。對快攻型選手，要求爭取時間使打出的球速度快，具有較大的威脅，這樣就要求選擇能產(chǎn)生強彈力的較硬的球拍。對削球型選手和以弧線球取勝的選手， 主要是使球在運行過程中產(chǎn)生高速自轉(zhuǎn)來增強攻擊能力，這時選擇的球拍要有較大的動摩擦因數(shù)，且拍質(zhì)較軟的球拍， 讓球可在拍面上產(chǎn)生較長時間接觸，使摩擦力對球的作用時間能更長，從而產(chǎn)生更強的旋轉(zhuǎn)。而對于初學(xué)者來說，選擇的球拍要求質(zhì)地松軟，且拍面較光滑，這時就不

7、會因為技術(shù)動作的不熟練和經(jīng)驗不足導(dǎo)致接球失誤。當然要選擇好球拍還要對不同球拍的性能以及能發(fā)揮的作用有一個清楚的認識。拔河比賽只是比力氣大小嗎？拔河比賽比的是什么？很多人會說： 當然是比哪一隊的力氣大嘍！ 實際上，這個問題并不那么簡單。根據(jù)牛頓第三定律（即當物體甲給物體乙一個作用力時，物體乙必然同時給物體甲一個反作用力，作用力與反作用力大小相等， 方向相反，且在同一直線上），對于拔河的兩個隊，甲對乙施加了多大拉力， 乙對甲也同時產(chǎn)生一樣大小的拉力?？梢?，雙方之間的拉力并不是決定勝負的因素。對拔河的兩隊進行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于與地面的最大靜摩擦力，就不會被拉動。因此，增大與地面的

8、摩擦力就成了勝負的關(guān)鍵。首先，穿上鞋底有凹凸花紋的鞋子，能夠增大摩擦系數(shù)，使摩擦力增大；還有就是隊員的體重越重，對地面的壓力越大，摩擦力也會增大。大人和小孩拔河時，大人很容易獲勝，關(guān)鍵就是由于大人的體重比小孩大。按上述的觀點，比賽就可以不舉行了。只要測一測每一隊的體重和鞋底與地面間的摩擦因數(shù)就可以了。這么激動人心的團隊比賽，怎么就和隊員的努力沒有關(guān)系呢？和啦啦隊的努力沒有關(guān)系呢？實際上，這個問題并不那么簡單。拔河比賽的勝負是多方面的因素共同作用的結(jié)果。有時會出現(xiàn)意想不到的比賽結(jié)果。正因為這樣拔河比賽才精彩。（一）分析拔河比賽需要考慮的物理因素從物理角度分析拔河比賽。我們需要考慮的物體（或?qū)ο螅?/p>

9、 ，應(yīng)該有甲乙兩隊的隊員、繩子和地面。需要考慮的因素有：人與地面的摩擦、隊員的體重、人手和繩子之間的摩擦、人手握繩子的力、人拔河時的姿勢和人手臂腿等肌肉的忍耐力，等。（二）拉力是如何產(chǎn)生，如何傳遞的在分析拔河比賽之前應(yīng)認識清楚拔河時兩隊之間的拉力是如何產(chǎn)生的，如何傳遞的。拉力是由繩子傳遞的，它是由手與繩子之間有相對滑動趨勢時產(chǎn)生的靜摩擦力。手與繩子之間的滑動趨勢是由于人的身體要向后移動時產(chǎn)生的。而人的身體要向后移動就必須用腳蹬地，使鞋底與地面產(chǎn)生相對的滑動趨勢，于是腳就受到了一個地面施加的靜摩擦力。當人處于平衡狀態(tài)時，繩上的拉力與鞋底受到的靜摩擦力大小相等。另外，拔河比賽往往是多人的集體活動，

10、所以拉力應(yīng)是每一個隊員拉力的合力。 ( 三) 勝負的兩種情況：第一種情況：輸?shù)囊魂牨焕谜玖似饋?，然后向前撲?. 是因為以腳為軸點的力矩小，在對方的拉力作用下，人被拉得“轉(zhuǎn)”了起來，于是，腳就被迫地向前移動，最終輸了比賽。第二種情況：輸?shù)囊魂牨弧霸獠粍印钡乩瓌恿?. 是因為腳與地面的摩擦力不夠大，導(dǎo)致被“原封不動”地腳擦著地面拉動了，最終輸了比賽。（四）由于需要考慮的因素較多，所以我們運用“控制變量”的方法，分幾種情況作勝負分析。1 從受力角度分析 . 當甲乙兩隊隊員手與繩子之間的最大靜摩擦力以及臂力等均大于隊員的鞋底與地面的最大靜摩擦力時，此時人和繩子相對靜止 , 拔河比賽的勝負才取決于

11、地面對人的摩擦力的大小。即是文章開頭所說的情況。當甲乙兩隊隊員對地的最大靜摩擦力基本相同均大于兩隊之間的拉力時，起決定作用的應(yīng)是人手和繩子之間的靜摩擦力以及隊員的忍耐力。 人手和繩子之間靜摩擦力總小于或等于人手和繩子之間的最大靜摩擦力。它與手握繩子的力有直接關(guān)系，即，握繩子的力越大摩擦因數(shù)越大，則最大靜摩擦力也就越大。這也就是說在這種情況下，哪隊手握繩子的力大，哪隊的手就不容易打滑，哪隊就會勝。如果手與繩子之間的最大靜摩擦力也能滿足要求，就要看運動員肌肉的耐力了。哪隊的隊員能夠堅持的時間長哪隊就可能取勝。2 從站立姿勢看 . 拔河時隊員的站立姿勢同樣也很重要。拔河時每一位運動員都不能看作質(zhì)點。

12、當腳與地 面不會滑動，在 分析人的平衡時可把腳看成轉(zhuǎn)軸（或支點） 。此時，繩子作用于手摩擦力的力矩與 人重力的力矩大小應(yīng) 相等，否則人將翻倒。因此在拔河時人的姿勢應(yīng)為腿往前伸，重心向后，使繩子 盡可能的低，這樣在腳與地面的摩擦因數(shù)足夠（腳不滑動）時，盡可能的增大繩子上的拉力。對一個隊來講，繩子兩側(cè)的運動員要分配均勻，否則會出現(xiàn)擺尾，即左右的蛇形擺動。一旦出現(xiàn)這種情況會使運動員站立不穩(wěn)，同時合力減小，即繩上的拉力減小。在勢均力敵的情況下，調(diào)整姿勢的原則如下：第一 , 在地面摩擦力足夠，但已察覺到有被拉“轉(zhuǎn)”的可能時，可將繩子稍放長一點，或者腳步稍作前移，以使自身有更斜的斜度增加力矩達到對繩的作用

13、力增加的目的。第二 , 當人沒有被拉起，但腳步已有滑動的趨勢時，可以收一點繩子將斜度調(diào)小一點增加體重對地面的正壓力，從而增加摩擦力?；蛘呃冒纪共黄降牡匦?，增加摩擦力。第三 , 當你確認自己隊友的體重大于對方隊員時，你還可以在領(lǐng)隊的指揮下，一齊猛然用力繩子張力等值地作用于兩隊運動員對方運動員被拉“轉(zhuǎn)”的可能性會增加，還可能使對方“陣腳大亂”3 從心理角度考慮，隊員的心理素質(zhì)，領(lǐng)隊和啦啦隊的作用也是很大的。雖然他們沒有直接參與比賽，但是他們的情緒口號會直接影響到隊員的情緒和用力的整齊程度。4 從技巧的角度分析，當兩隊的實力相當時隊員用力的技巧也起很大的作用對于一個隊的隊員來說，運動員并不是各個方

14、面都是一樣的。 如：有的運動員體重輕， 但是肌肉力量大，有的耐力強有的則是爆發(fā)力等等。所以拔河時技巧的運用也很重要。比如拔河時有一個隊員體重很重，但是臂力不行了（堅持下去了）。此時若該隊員退出則必敗無疑。但若此運動員趴到繩子上把自己的體重貢獻給隊員，尚強，不了有勝利的可能。5 從超重和失重角度分析我們知道超重和失重會改變對地面的壓力, 進而影響地面對人的最大靜摩擦力. 如當對方增大拉力時，要使身體的重心同時突然加速向上少許使人處于短時的超重狀態(tài)，用來增加人對地面的壓力即增大地面對人的最大靜摩擦力。于此同時也增加了對對方的拉力，當拉力突然短時大于對方與地面的最大靜摩擦力時，對方就有可能腳下打滑。我們知道物體之間的滑動摩擦力總小于最大靜摩擦力（在壓力相同時），于是一旦對方的腳下打滑，將對方腳受的靜摩擦力變成了滑動摩擦力，那么勝利就有可能了。但人的重心不可能一直加速上升，也需要有減速階段, 如為了不讓對方運動員把自己拉“轉(zhuǎn)”，自己必須有一個相反的力矩保持斜靠后的姿勢增加被拉“轉(zhuǎn)”的難度。但是這樣一來，體重對地面的正壓力將減小，同時最大靜摩擦力也會減小, 卻增加了被“原封不動”地拉動的可能性。所以這個技巧如果使用不好會恰得其反。這個技巧的使用要求領(lǐng)隊以及拉拉隊口號要恰到好處。使得隊員的重心升降隨口號周期變化。