文档介绍：神奇的乒乓球
林平
(闽江学院物电系04级物理学专业2 班)
摘要:本文运用力学课中所学动问题,探讨有关乒乓球的力学原理。
关键词:质心上旋球下旋球质心定理
乒乓球是大部分人爱好的体育运动,人人都会”打”,但是在比赛中总会有胜利者和失败者,为什么?究其原因就是胜利者知道其中的物理奥秘。为了满足初学者的愿望,同时也让大家懂得更多的有关乒乓球的物理方面的知识,下面我们就运用课堂中所学到的力学知识,讨论有关乒乓球的运动问题。
1. 乒乓球的转动
比赛中的乒乓球的运动,既包含平动,又包含转动,大家对平动的运动规律都掌握不错,但对于转动,初学者常常感到难于驾驭,原因是因为没有掌握其中的力学规律。
下旋球运动员如图 1 (a)击球,乒乓球会产生如图 1(b) 的运动,即有水平方向的运动,又有逆时针方向的旋转。
w
w v v N
f F合 f
(a) (b) (c)
图1
当乒乓球遇竖直墙壁时它受到一个与墙垂直的正压力的作用,由于乒乓球与墙的接触点相对于墙向上运动,它还会受到一个与相对运动相反的滑动摩擦力的作用如图1 (c )所示,乒乓球接触墙时受到的合外力总是斜向下的,如果不是与墙碰,而是一个初学者用球拍与球相碰,而他又没有考虑到乒乓球的旋转,只是逆着球的运动方向击球,乒乓球很容易下网,下旋球也因此出名。
F合 F合
w
N
(a) (b) (c)
图2
. 上旋球
运动员如图2(a)方向击球乒乓球会产生如图2(b)的运动,当乒乓球遇到墙壁时根据下旋球的道理乒乓不仅受到一个与水平方向垂向上的滑动摩擦力的作用,显然此时乒乓球受到的合力方向是斜向上的,如果是一名初学者接球,而他又没有考虑到乒乓球的旋转,乒乓求很容易出台,这也就是上旋球的名字的由来。
另外大家经常说“扣杀”,这种球幅度大,力量大,不仅旋转性强,而且质心速度快,攻击性强,它本质上是上旋球,一般的初学者对这种球都是较难控制的,只有认真研究其物理知识,经常练习,也将会像张怡宁那样手举乒乓球拍站在世界人头上。
. 上旋球与下旋球的判断
既然知道上旋球与下旋球,那么如何判断呢?要想发下旋球须使球受到一个斜向下的切向的力的作用,所以我们应该根据发球者的球拍接触球的一刹那来判断球的旋转方向,如果是下旋球,则接球者应该稍微往上挑,依据发球者力度的不同,接球者相应的使用不同的力来接球,明白了下旋球的道理,我们可以用同样的方法对上旋球进行分析。
2. 桌面上运动的乒乓球的运动原理
如图3 所示,一半径为R 质量为m 的乒乓球与水平面的摩擦系数为u 令乒乓球的初始角速度为w1,求乒乓球纯转到纯滚所经历的时间 t,路程l, 纯滚角速度w2,及动能亏损E
W
v v
w1 WR>v Wr=v
乒乓球一开始在摩擦力的驱动下,质心获得向右的加速度,越来越快,同时在摩擦力矩的阻碍下,它的角速度逐渐减少,出现了又滑又转的中间过程 WR>v,这