乒乓球旋转的力学分析

摘要：在乒乓球运动项目活动中，由于乒乓球的旋转方式有很多，而不同的旋转方式会呈现出不同的运动状态，其中均渗透着重要的“角色”，即物理学知识——力度。力度在旋转过程中发挥着着极其重要的作用，而掌握乒乓球旋转特性及力度控制，对于运动员的实战能力的提升有着极其重要的意义，故本研究以下应用物理力学原理来揭示乒乓球旋转奥秘及其机理，从而为广大乒乓球运动项目爱好者旋转技能提升提供一定的理论依据，由此增加乒乓球运动项目活动的参与兴趣。关键词：乒乓球 旋转球 受力运动

在乒乓球运动项目活动中，往往一方发出旋转球技能的时候即可制敌，这是因为发出去的球其在空中边旋转便前进，以至于对方不了解其发球的前进方向以及其转变方向，最终未来得及应对而“败下阵来”，由此可见，旋转球技能在乒乓球运动的过程中发挥着极其重要的威力，通过对乒乓球旋转力学的分析，有助于提升运动员的竞赛技能水平，因此，本文以下基于乒乓球旋转球的飞行特点、跳动特点及反弹特点了解不旋转球、上旋球的特性，尤其以了解其飞行过程中的力学机理及其与空气的相互作用，从而以加深对乒乓球运动项目活动中旋转球技能的了解。

一、乒乓球旋转球的物理特性

在乒乓球运动项目活动中，旋转球的种类有以下几种，比如说侧旋球、下旋球等，而不同的旋球方式有着其自身的特性，然而它们之间又有着共同的性质，现本研究以下来叙述乒乓球运动项目活动中的旋转球特点：

（一）关于飞行特点

首先，旋转球在飞行的过程中其因受到气流影响而发生侧压力，由此改变了其运行弧线，而运行的弧线形状会随着球体受到气流影响程度，即侧压力大小；其次，旋转球在飞行的过程中也会改变其飞行速

度，这是因为旋转球遇到气流侧压力与重力同向情况时，其运行速度会增加，相反则慢。（二）关于跳动特点

旋转球在跳动的过程中其弹跳方向及弹跳角相较于不旋转球而言存在着一定的异常，这是因为旋转球在运行的过程中其与乒乓球台表面发生了摩擦力度不同于不旋转球，因此，其弹跳的角度及方向不同于不旋转球。

（三）关于反弹的特点

假如设定对方乒乓球拍不动，乒乓球旋转球的反弹角度存在着异常，并且反弹角度也异于正常不旋转球，且其反弹方向偏离正常反弹方向，球将会随着其在球拍表面滚动的方向偏去。

综上，乒乓球旋转球相较于不旋转球而言存在着一定的差异，其在运行的过程中存在着较多不确定因素，即飞行速度及飞行弧线形状异常、跳动角度与跳动方向异常、反弹角度及反弹角度异常等，以至于对方在遇到旋转球时无法快速掌握与及时对应而“败下阵”，由此可见，旋转球在乒乓球运动项目竞技活动中是赢得比赛的一重要手段。二、不旋转球的物理特性及其力学分析

（一）不旋转球运行过程中与空气的相互作用

当乒乓球在运动的过程中没有发生旋转，而是呈静止的状态在空气中从左到右运动，依据运动相对性而言，可以将移动的乒乓球视为静止运动的，而空气是自右向左的，由此根据空气流线的对称性可以了解到，乒乓球上下方的对应点处，空气的流速的平等的，这样根据伯努利方程计算可以得知，乒乓球上下方对应点的压强也是平等的，因此，乒乓球并不会受到空气流动影响而发生向上或向下的力作用。（二）不旋转球的飞行弧线

根据上述内容可以了解到，当乒乓球不旋转平行运动时，其不受任何外力的影响，其会向着初速度的方向作匀速直线运动，然而不可否认的事实是，乒乓球会受到地球引力的影响，即重力而导致其飞行轨迹发

生改变，随即呈现出抛物线运动轨迹。如果再考虑到空气阻力的影响，则乒乓球的运动方向会产生一定的阻力而降低了其运动速度，最终影响到乒乓球的射程，因此，最终乒乓球飞行弧线呈现出以下两个特点，即弧线的高度会逐渐降低、弧线后半部分比较陡。（三）不旋转球的跳动情况

当乒乓球没有发生旋转情况时，其以速度V落到对方台面时，其切向分速度给球台以切向力f，依据牛顿第三定律可以了解到，乒乓球台会给予球相等的反作用力f′，因台面阻力较小，以至于乒乓球与球台之间产生的摩擦系数低，因此，球台产生的反作用力较低，其可以使球碰撞后速度的切向分量U1稍小于碰撞前速度的切向分量V1，另外，由于乒乓球与球台的恢复系数约为0.9，使球碰撞后速度的法向分量Un损失约百分之十，这样乒乓球的实际反弹速度为U1与Un的合速度U（详情如图一所示）。由此可以看出，不旋转乒乓球其接触球台后其弹跳角度高于射入角度、接触台面后乒乓球运行速度减小、弹跳高度降低。

图一 不旋转球在台面的跳动

（四）不旋转球触球拍的反弹

当乒乓球在运动的过程中突然遇到球拍的话，则乒乓球会出现反弹，而其反弹的力度与其在台面的跳动力度一样，也因为如此，乒乓球弹射角度与射入角度不相等，并且其反弹的速度会因突然遇到的阻力而

降低，由此可以总结出，不旋转球在乒乓球运动竞赛过程中没有“威力”。

三、乒乓球上旋球的物理特性及其力学分析

在对上旋球特性及其力学分析前，首先需要了解一下其定义，即球拍击乒乓球时，其除了有向前力以外，还附加了向上用力，由此改变了原来球心力的作用线，均从球心的上部通过，则此击打方式被称为上旋球。

（一）上旋球运行过程中与空气的相互作用

上旋球自发出后其全过程均会受到空气的影响，其在旋转的过程中还会带动自身周围的空气一起旋转，由此形成一个空气环流层，与此同时，乒乓球向前飞行时，其球体上方的空气的平动速度与球体旋动方向相反，空气整体流速较小，而球体下方空气的平动速度与球体旋动方向相一致，因此，其空气流速较大。根据伯努利方程可以了解到，当流速越大时，则其压强越低，由此得知，乒乓球下方的压强小于上方的压强，因此，当乒乓球上旋球向着对方飞行时，其因受到空气流的影响而受到阻力f以外，还会产生一定的向下作用力f′，此时，向下作用力f′和其自身飞行弧线法线相互结合，最终产生法向加速度的情况，但是由于乒乓球因受到重力的影响，其在运行的过程中又会受到垂直向下重力的影响，使球很快地向下坠落，由此飞行弧度加大，由此使得乒乓球击出及空中滞留时间大大缩短了，然而注意的是，其飞行弧度的高度相应的变高了，使其很容易过网而更易赢得比赛。（二）触台面反弹情况

当乒乓球上旋球落到对方台面时，其因受到台面给予的切向作用力f的影响而增加了反弹方向的速度，由此使其弹跳角度大于不旋转球的正常弹跳角，且反弹速度突然增加，最终导致乒乓球很快弹出台面“飞走”而不易被对方所接住。（三）触球拍反弹情况

当上旋球发给对方时，对方应用球拍接到这样的乒乓球时，其会易

发生出界或高球被扣死情况，这是因为，上旋球在触对方球拍时，其因发球产生的上旋强度冲击到球拍，加上旋转惯性使得乒乓球瞬间飞出球拍而向着相反的地方“飞出”，最终导致“反击失败”。

结语

综上，本研究以上将乒乓球运动项目活动中的旋转球若干物理特性进行了介绍与叙述，并且将乒乓球运动项目活动当中的不旋转球、上旋转球物理特性及其力学进行了分析、探索，从二者之间的特性中可以看出它们之间的差异，与此同时，也了解到上旋转球的“杀伤力”，使其在乒乓球运动项目活动中“一招制敌”。因此，当运动爱好者通过掌握上旋转球竞赛技术时，其对于胜利将会更近一步，事实上，除了上旋转球技能以外，还有下旋转球技能、左侧旋球、右侧旋球，这些均能够满足运动员胜出竞赛的需求。本研究这里通过对比乒乓球不旋转球与上旋转球的特性及其力学进行了分析，以期望本研究的叙述能够为有关研究学者及运动爱好者提供一定的参考借鉴意义。参考文献：

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