斯諾克臺球運動技術(shù)的力學(xué)分析VIP

1、臺球力學(xué)分析摘 要: 臺球作為剛體運動的典型例證, 主球與目標(biāo)球的碰撞過程符合剛體運動的基本規(guī)律。運用理論力學(xué)的基本原理, 確定了避免滑桿的安全擊球范圍, 對臺球擊球和主球運動過程中的受力情況, 進行了定量計算和定性分析。關(guān)鍵詞: 臺球; 剛體運動; 旋轉(zhuǎn); 摩擦力; 理論力學(xué);質(zhì)心;Theoretical mechanicsanalysisof technologyof snookerAbstract:Snooker isatypical example of motion, the collisionof the cue ball andthetargetedballshowsthe ba

2、siclawsof motion. By adopting thebasictheory of rigidbody mechanics, thispaper ex-poundsthe safestriking rangetoavoidmiscueandthequalitativeandquantitativeanalysisof forceofstriking andof thecue ball motion.Keywords: snooker; motion; spinning; friction; theoretical mechanics;quality center; 一 引言：世界上

3、第一張臺球桌出現(xiàn)在1400年，當(dāng)時球桌上沒有袋，只有拱門或門柱。在臺球桌出現(xiàn)以前，人們是在戶外的地上玩一種被稱為滾球的游戲。后來這種游戲被人移到室內(nèi)的臺桌上，于是滾球游戲變成了戶內(nèi)的桌上游戲。不久桌面上被人們開了幾個洞，于是這種室內(nèi)桌上游戲的趣味性大增。在英國的維多利亞女王時代，臺球作為一項正式的娛樂項目，進人了英國上流社會。1510年，法國也開始了臺球的娛樂活動，并深受法國人喜愛。 在20世紀(jì)初臺球游戲開始逐漸變成了競技運動項目。作為標(biāo)志之一，就是在世界不同國家和地區(qū)相繼成立了臺球競賽管理的機構(gòu)。比如，1919年，英國成立了該國最高臺球組織機構(gòu)-英國臺球聯(lián)合會；1940年世界臺球聯(lián)盟成立，它

4、負(fù)責(zé)國際性臺球比賽活動，總部設(shè)在比利時的布魯塞爾，行政中心在西班牙的巴塞羅那。1948年，美國成立了美國臺球協(xié)會，機構(gòu)設(shè)在芝加哥。這些機構(gòu)的成立，促進了臺球競技運動的開展。本世紀(jì)三、四十年代間，臺球在我國大城市的上層社會曾很流行。80年代以來，臺球在民間日益普及。對于一項運動而言，20年的時間，雖然不夠悠久，但卻足夠它經(jīng)歷從興起到低迷再到復(fù)興的全過程，譬如臺球。不經(jīng)意間，在中國，這項以“優(yōu)雅”、“紳士”而為人熟知的運動已經(jīng)有了20年的歷史。如今，臺球儼然成為中國最普及、參加人數(shù)最多的運動項目之一。有關(guān)部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前，國內(nèi)有超過5000萬人打過臺球，2500萬人經(jīng)常打臺球，每天有50至

5、100萬人在打臺球?？梢哉f，臺球運動的普及程度甚至超過了中國的國球乒乓球1。 隨著以丁俊輝、田鵬飛、傅家俊為代表的一代臺球新星在國際賽場上的崛起, 臺球運動日益成為大眾體育的重要內(nèi)容。臺球大師戴維斯說過: 臺球最重要的是力度。在打球的時候, 合理使用桿法的同時, 力度的掌握相當(dāng)重要。力度的掌握歸根結(jié)底還是為了讓主球的走位比較好一些, 能夠有利于下一次擊球。因此, 對臺球運動進行相關(guān)的力學(xué)分析, 找到其力學(xué)規(guī)律非常必要。本文就臺球運動過程中某些階段的受力情況，主要是應(yīng)用了理論力學(xué)的知識進行了理論分析，分析主球與目標(biāo)球的碰撞后的各自的運動情況, 以理論力學(xué)2的知識為依據(jù)進行計算與分析, 為臺球運動

6、的普及與提高提供理論指導(dǎo)和實踐性建議。二 臺球運動基本形式及力學(xué)原理1. 1 臺球運動基本形式臺球作為剛體運動的典型例子, 其在桌面上所作的各種運動, 歸根結(jié)底就是剛體小球的質(zhì)心平動和繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動。在臺球運動中粗糙的桌面對小球的摩擦力起著重要作用。1. 2 臺球運動的基本力學(xué)原理臺球作為一個球形對稱的剛體, 它的質(zhì)心在幾何中心( 球心) , 根據(jù)力學(xué)中的質(zhì)心運動定理, 當(dāng)臺球受到的力過球心時, 形成平動, 這種平動符合動量定理3, 其沖量等于動量的改變。若臺球受到的沖量P=Fdt,動量的變化量K=MV, 則有:P=MV 其中P為臺球受到球桿打擊過程中受到的沖量,M為臺球的質(zhì)量, V為擊球過程中球

7、速的變化量;當(dāng)臺球受到的力不過球心( 偏心力) 時, 球體既有平動又轉(zhuǎn)動, 此時平動方面滿足動量定理, 轉(zhuǎn)動方面滿足轉(zhuǎn)動定理, 即有:J=I 其中J為球體受到的沖量矩, I= 2/ 5MR2為臺球的轉(zhuǎn)動慣量, 為小球的角速度。1. 3 臺球運動的實例分析 主球在球臺上的運動，幾乎都是以旋轉(zhuǎn)的形式表現(xiàn)出來。主球旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的基本原因是：在球桿擊球時，桿頭的觸球點不經(jīng)過球心，使球的質(zhì)心力矩不為零是主球產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的基本原因。我們知道主球的旋轉(zhuǎn)是圍繞著球心來轉(zhuǎn)動，球心就是旋轉(zhuǎn)軸4，當(dāng)一個靜止的主球要獲得轉(zhuǎn)動能量時，它必須具備兩個條件：一是作用力的方向；二是作用力方向與球心垂點距離的力臂大小。為了能用理論力學(xué)

8、的知識來說明臺球的運動主要是鋼鐵的運動，我們引用理論力學(xué)的知識來進行分析，為此做了如下的假設(shè)：假設(shè)臺球的截面圖如圖1所示，主球的不同的擊球點如圖2所示，主球在桌面上的受力情況如圖3所示，臺球的半徑都是r質(zhì)量是m的均質(zhì)圓柱體，主球受到球桿的力的作用以初角速（順時針轉(zhuǎn)），初速率（質(zhì)心的速率）（）沿粗糙的水平面向右連滾帶滑運動（如下圖3示）。假設(shè)臺球與水平桌面間的滑動摩擦系數(shù)為 ，分析臺球可能的運動情況。根據(jù)理論力學(xué)的知識，我們建立如圖3坐標(biāo)OXY ，臺球的受力情況為：重力 與支持力 相抵消，滑動摩擦力 （1）。 圖1主球的截面圖 圖2主球的擊球點的位置根據(jù)質(zhì)心運動定理得： （2）。 0 X根據(jù)相對

9、于質(zhì)心的動量矩定理得： （3）。 Y 圖3主球的的受力情況對（2）（3）分離變量并積分可得相應(yīng)的結(jié)論： 從上面的實例我們知道，我擊打主球的位置不一樣，用的力度不一樣，都將會導(dǎo)致不同的結(jié)果，主球的運動狀況將會影響被擊球與主球碰撞之后的運動情況截然不同，所以我們要根據(jù)臺球的這些特性，在打臺球的時候，看進了這個球之后要打的下一個球，選擇用不同的桿法和力度。常用的桿法有中桿，高桿，中高桿，低桿，中低桿等等。通過上面的實例的定量分析可知，如果想要打出什么樣的球來，可以借助于力學(xué)的知識來先分析，通過理論指導(dǎo)實踐然后再去打，這樣的話可能會讓我們喜歡玩臺球的人明白一些知識，并且有可能會玩的更好和更有意義。1.

10、 3 根據(jù)力矩原理，通過主球中心線的5個擊球點的使用，討論主球在旋轉(zhuǎn)上的不同表現(xiàn)。在假設(shè)用相同的力量的情況下：球桿擊打1號點和5號點，桿法使用是高桿和低桿。此時主球的旋轉(zhuǎn)半徑R1,R4(力臂)大，主球受到球桿碰撞后的力矩大（即轉(zhuǎn)動力量大），就是主球的旋轉(zhuǎn)強球桿擊打2號點和4號點，桿法使用是高桿和低桿。此時主球的旋轉(zhuǎn)半徑R2,R3(力臂)小于 R1,R4 ，其旋轉(zhuǎn)小于高桿和低桿。球桿擊打3號點，桿法使用是中桿。此時主球的旋轉(zhuǎn)半徑R3(力臂)為零 ，主球在擊出后的一段時間距離內(nèi)，沒有旋轉(zhuǎn)。 三 臺球安全擊球區(qū)的確定用球桿擊打主球上的點叫擊點, 面對主球平視是個圓形面, 這個圓形面上到處都是可以打的

11、擊點。球和球桿上的撞頭都是球面形的, 如果球桿上的撞頭在圓球的邊緣部位時, 由于角度過斜, 便會發(fā)生滑桿現(xiàn)象。說明主球的球面上不都是可以用球桿擊打的點位, 而是有一定范圍限制的。如果需要不滑桿除了打的位置外，還要在擊打主球前檫好巧粉，這樣的話可以在撞擊時球桿的頭與主球有良好的接觸而不至于打滑，從而避免出現(xiàn)滑桿，讓一些不應(yīng)該失誤出現(xiàn)導(dǎo)致輸球。四 結(jié)論與建議( 1) 臺球在其運動過程中較好地遵循了剛體運動的基本規(guī)律,練習(xí)者只有正確掌握和運用臺球運動中的力學(xué)原理, 這項高雅的體育運動才能得到長足的發(fā)展。( 2) 臺球的運動, 可以從平動和轉(zhuǎn)動兩方面進行量計算與分析, 平動遵循剛體質(zhì)心運動的動量定理,

12、 轉(zhuǎn)動遵循剛體轉(zhuǎn)動的動量矩定理。( 3) 安全擊球區(qū)的范圍是由球面與球桿皮頭之間的靜摩擦系數(shù)決定的, 對于臺球愛好者來說, 擊球區(qū)選在臺球正視圓形球面的0. 6R范圍內(nèi), 一般不會發(fā)生滑桿現(xiàn)象。( 4) 合理的擊球位置和恰如其分的擊球力度, 不僅能決定目標(biāo)球的運動路線, 達到得分的目的, 還能通過主球的理想走位為下一次擊球創(chuàng)造條件。在主球與目標(biāo)球正碰技術(shù)中, 主球的走位主要靠改變主球的旋轉(zhuǎn)速度來實現(xiàn), 而主球的旋轉(zhuǎn)速度決定于球桿對主球的沖量和擊球角度。在主球與目標(biāo)球斜碰的技術(shù)中, 常常通過控制偏差角來達到主球走位的目的。 ( 5) 臺球技術(shù)還受到擊球員的心理素質(zhì)和靜電等因素的影響5, 因此, 了解臺球運動力學(xué)規(guī)律, 端正心態(tài),熟練技術(shù), 應(yīng)該引起臺球愛好者足夠的重視。( 6) 如果我們既能掌握一些理論的知識，又能玩的好的話，我們會覺得很有成就感，我們在玩的同時，也在學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識。還有如果會打臺球的話，在我們學(xué)習(xí)的時候有助于我們更好并且更容易了解相關(guān)的知識，我們會把理論與實際結(jié)合得更好。參考文獻:1 陳堅華.臺球運動在中國的發(fā)展現(xiàn)狀及前景