16.控制旋转的力学原理_论弧圈球与快攻

控制旋转的力学原理 ——论弧圈球与快攻α 于　勇　林秀岩 体育教研部 　　摘　要　 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了乒乓球运动中的弧圈球与快攻球在击球、球接触台面、球接触球拍时的 受力与运动, 探讨了旋转与速度之间控制与反控制的关系, 提出了以速度对抗旋转的方法. 关键词　乒乓球　弧圈球　快攻　力学分析 分类号　G846 0 引言 弧圈[ 1 ]与快攻是乒乓球运动中的两种典型技术, 它们一直是相互制约、相互控制的, 正是这样一种竟争的对立, 促进了乒乓球技术的发展. 就两种技术的实质来说, 它们体现 的是旋转与速度的对抗, 所以, 从理论上进行一些必要的探讨和分析, 将有益于这两种技 术的合理应用. 本文从弧圈球的力学性能、快攻对付弧圈的技术原理等方面进行初步探讨. 1 球的受力与运动分析 1. 1 击球力 为便于分析, 假设球在第一次被击打时是从静止状态开始的. 为使球能越过一定高度 的球网而落在对方台面上, 通常, 球受到的合力 f 的方向应与台面成一定的角度, 设为 Α. 此时球将受到 3 个力的作用: 球拍海绵或胶粒与球接触后, 在恢复变形时产生的弹力 f 1, 拍面与球之间的摩擦力 f 2, 以及海绵或胶粒弹性变形结束后的球拍底板作用力 f 3. 见图 1. 图 1　乒乓球的受力 若 f 2 较小, 则 Α较小, 作用在球上的转矩较小, 球的 旋转性差, 前进速度快, 即为快攻球; 当增大 f 2, 使 Α角增 大, 转矩增大, 则球的旋转性强、前进速度仍很快, 即为前 冲弧圈球; 若改变力的作用点于A , 合力方向指向斜上 方, 且球的旋转性及球速仍较高, 即为高吊弧圈球. 1. 2 球在空气中的运动 影响球在空气中运动的因素是较多的, 这里只讨论气 流对飞行路线的影响. 当球心不在击球力的作用线上时, 击球力将使球旋转. 球的旋转是围绕一根无形的转轴、以 角速度 Ξ 的转动, 若转轴与球台台面平行, 则是上旋球或下旋球; 若转轴与球台台面垂 直, 则是侧旋球; 若转轴与台面既不平行又不垂直, 则是侧上旋或侧下旋球. 球在空气中的运动轨迹与 Ξ 的大小以及旋转方向有关. 以上旋球为例, 设过球心与 第 21 卷 第 1 期 1997 年 3 月 东北重型机械学院学报 Journal of N o rtheast H eavy M ach inery Institu te V o l. 21 N o. 1 M ar. 1997 α 1996 年 6 月 19 日收到 转轴垂直的平面为M , 该平面与球面的交线的顶端与底端分别为点A , B , 见图 2. 当力 的作用点位于球面的上半部时 (上旋球 ) , Ξ方向如图 2 所示. A , B 两点的线速度为 vA = vB = Ξr (r 为球半径 ) , 方向见图 2. 设球速为 v , 根据相对运动原理, 将这一运动视为球 速为零、角速为 Ξ (原转向 )、球受到与其运动方向相反的风速为 v 的运动. 这样,A 点处 的空气流度为 v - vA , B 点处的为 v + vB. 这样, 由于球的旋转造成了球的顶部与底部空 气流速的不同, 出现了两个部位间的压力差 ∃ f , ∃ f 使球的运动轨迹下移, 呈弧圈形. 旋 转越强烈, 轨迹改变越大. 若为侧旋球, ∃ f 使球的轨迹侧弯. 图 2　旋转球顶部与底部的 　　　空气流速 1. 3 球与台面接触时的受力 球触台时受台面给的摩擦力. 摩擦力的大小主要 与球的惯性力和球与台面间的摩擦系数有关, 而与 Ξ 值的关系不大 (除非 Ξ 非常大 ). 摩擦力的方向与球 的正反力方向垂直、与球相对台面的速度方向相反. 球触台之后弹起, 其反射角大于入射角. 见图 3. 根据碰撞理论, 球在触台前、后的入射角 Α与反射角 Β 之间的关系为 tanΒ= (1ök ) tanΑ 式中, k 为恢复系数, 小于 1 (可由实验测定). 可 见, 总有 Β> Α, 即球在触台后弹起的运动路线总要低 图 3　球触台后的运动轨迹 于来球的路线; 而对于弧圈球来说, 由于触台后仍然强 烈旋转, 所以触台后弹起的运动路线还要加上 ∃ f 对球 的作用, 即继续下弯或侧弯. 1. 4 球与球拍接触时的受力 设球拍静止, 分析来球撞击拍面的运动. 球与拍面接触时, 使拍面海绵或胶粒变形而吸收 球的动能, 在弹性体恢复变形时使球受弹力. 弹力的方向与来球方向有关: 当来球不是垂 直撞击拍面时, 与球接触的胶粒或海绵的压力分布将不同于垂直撞击拍面时的压力分布, 所以, 球受到的弹力 (各受压胶粒或海绵小单位的合力 ) 的方向将随来球方向而改变. 旋 转的球与拍面接时同样受到摩擦力, 对于摩擦力的大小与方向的分析与上述球触台面时 相同, 只是由于海绵或胶粒的摩擦系数远大于台面与球之间的, 所以, 球离开拍面后的运 动, 包括前冲与侧旋, 将比与台面接触后的运动要强烈得多. 2 快攻与弧圈的对抗 亚洲的快攻打法与欧洲的弧圈打法是当今世界乒坛的两大主流, 弧圈曾制约过快攻 球, 那么探讨怎样以快攻球制约弧圈球, 则是有意义的. 实现将弧圈球的来球以快攻打法 回击, 使回球为快攻球, 应结合两种球的运动特点来分析. 根据上面的分析可知, 弧圈球与快攻球相比较, 有以下特点: ①球的旋转性极强; ②球 在空中飞行时的路线低于快攻球 (侧旋弧圈球的飞行路线变得更弯曲 ) ; ③球触台面后 出现前冲, 运动轨迹变得更低 (见图 4) ; ④由于前冲很强, 触球拍后的反弹速度快; 由于 29 东北重型机械学院学报 1997 年 旋转性强, 球触拍后的运动轨迹与拍面间的夹角小 (出现“爬行”). 图 4　快攻球与弧圈球的运动轨迹 在以快攻打法回击弧圈球时 (也包 括以弧圈球打法回击弧圈球 ) , 为使回球 不出界以及落在一个好的落点上 (战术 变线球 ) , 应根据弧圈球的特点, 既要通 过控制球拍与台面的夹角来控制回球的 飞行高度, 又要通过控制球拍与球台端线间的夹角来控制落点的左右位置. ①回求飞行高度的控制 图 5　回击弧圈球的击球力 将弧圈球来球以快攻打法回击时, 击球力的大小和方向 必须改变. 由图 5, 设以力 f 击打快攻球的来球时, 回球为快 攻球, 则不能再以力 f 击打弧圈球来球. 若来球为上旋弧圈 球, 触拍面后的球受拍面的作用力的合力为 f 1, 由图 5 知, 击 球力为 f 2 方能使回球为快攻球, 即击打力 f 2 的方向和大小均 不同于 f , 可见, 按快攻打法回击上旋弧圈球时, 击球力应小 些, 击球力的方向也应改变, 比如, 可以保持拍形而改变拍面 与台面之间的夹角变小, 或改变拍形而保持拍面与台面之间 的夹角. 来球旋转性越强, 这种改变就越大, 有时甚至发力方 向可指向球网. ②回球落点位置的控制 当来球为快攻球时, 忽略侧旋, 设球触拍面时受到球拍的合力为 f 1. 为使回球改变路 线而落在B 点 (变线球 ) , 击球力应为 f 2, 此时球拍与球台端线夹角为 Υ, 见图 6a. 图 6　弧圈球的落点控制 当来球为侧旋弧圈球时, 设仍在A 点击打来球. 此时由于球的侧旋, 球触拍面时受 到球拍的合力为 f ’1 (见图 6b) , 为使回球仍落在B 点, 击球力应为 f ’2, 可见, 此时击球力 应小些, 球拍转角 Υ’ 要比 Υ增大些. 当侧旋越强烈时, 上述改变也越大. 3 结束语 通过对前冲 (上旋 ) 与侧旋弧圈球的受力分析可知, 由于弧圈球的强烈旋转, 使球在 39第 1 期 于勇 等 控制旋转的力学原理 空中飞行的轨迹以及球触拍面后的运动方向都与快攻球不同, 当以快攻打法回击弧圈球 时, 击球力的大小与方向都要作相应地改变. 本文的分析可供训练和实战参考. 参考文献 1 张惠饮. 乒乓球的旋转. 人民体育出版社, 1991. M echan ics Fundam en ta ls of Sp inn ing’s Con trol —— the L oop D r ive and the Qinck A ttack Yu Yong L in X iuyan D ep a rtm en t of P hy sica l T each ing and R esea rch Abstract M echan ics ana lysis is m ade on the loop drive and qu icka t tack in tab le tenn is spo rt. T he rela t ion of con tro l and an t i- con tro lbetw een sp inn ing and speed is d iscn ssed, and severa l m ean s ofcon tro ling sp inn ing th rough speed are suggested. Key words tab le tenn is; loop drive; qu ick a t tack; m echan ics ana lysis 49 东北重型机械学院学报 1997 年