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乒乓球前进过程中由于不同的旋转方向,它会沿不同的径迹运动(如图甲所示)。我们用三种不同的击球方法把乒乓球击出,分别是:上旋球、下旋球和不转球。
所谓上旋和下旋 ,就是以乒乓球的轴心为准,向上旋转的为上旋,向下旋转的为下旋。请判断 ,图甲中1 、2、3三条径迹哪一条是上旋球(图中沿逆时针方向旋转)的?哪一条是下旋球(图中沿顺时针方向旋转)的?哪一条是不转球的?上旋球就是让球做前滚翻运动,朝对方飞过去,就像汽车轮胎一样 。由于空气具有一定的粘滞性 ,因此当乒乓球转动时,空气就与球面摩擦,旋转着的球就带动周围的空气层一起转动。上旋球如图乙所示 ,乒乓球向左运动的同时,还不断沿逆时针方向旋转,则空气流相对于乒乓球来说向右流动 ,同时球四周的空气还被旋转的球带动作逆时针方向转动。这样球体上方的空气除向右平动外,还向左转动,两者方向相反;球体下方的空气除向右平动外,还向右转动 ,两者方向相同 。因此,乒乓球下方空气的流速大于乒乓球上方空气的流速。根据流体压强与流速的关系:在气体和液体中,流速越大的位置压强越小。所以乒乓球下方的压强小 ,上方的压强大,因此乒乓球受到的空气压力方向向下 。于是乒乓球在向下的空气压力和向下的重力(合力方向向下,并大于重力)的作用下 ,沿弧线迅速下落,这样就产生了上旋球。上旋球的特点是飞行幅度高,过网弧度大 ,在空中急速落下,不易出界,且落地后反弹高而快 ,前冲力较大,将使对手较难还击。上旋球的轨迹如图甲中的径迹1 。
下旋球就是让球做后滚翻运动,朝对方飞去。如图丙所示,乒乓球向左运动的同时 ,还不断沿顺时针方向旋转,则空气流相对于乒乓球来说向右流动,同时球四周的空气还被旋转的球带动作顺时针方向转动。这样球体上方的空气除向右平动外 ,还向右转动,两者方向相同;球体下方的空气除向右平动外,还向左转动 ,两者方向相反 。因此,乒乓球上方空气的流速大,下方空气的流速小 ,则球下方的压强大,上方的压强小,于是球受到向上的压力。这样在向上的空气压力和向下的重力(重力与空气压力的合力方向向下 ,但大小小于重力)的作用下就产生了下旋球。下旋球的特点是在空中飞行的时间长,故上飘飞行距离长,过网弧度很小,落地后弹跳低平 ,比不转的球弹得更低。下旋球的轨迹如图甲中的径迹3 。
图甲中的径迹 2 处于上旋球与下旋球的 轨迹之间,是不转球的轨迹。
其实,乒乓球旋转的种类很多 ,如上旋、下旋、左侧旋 、右侧旋、左侧上旋、左侧下旋 、右侧上旋、右侧下旋等。但它们的原理都是相同的,即都利用了“在气体和液体中,流速越大的位置压强越小”的物理知识 。
你知道乒乓球比赛中的上旋球,下旋球吗?请分析乒乓球沿弧线旋转的原因 跟流体压强和流速有关系
上旋其实就是球的运动方向和自转方向一样。球向前运动 ,自转也一样向前。当然也包括了侧上旋球 。因为上旋球是向前飞行的,这是平动。同时球还在转动,上表面是向前转动 ,下表面是向后转动。所以,综合结果是,上表面相对空气的速度小 ,下表面相对空气的速度大 。
根据伯努利方程,流速大的地方压力小,所以下表面受的气压小,球就会在飞行过程中往下走。这就是上旋球的原理。所以会形成一道弧线 ,类似于抛物线,但下坠会出现的更早 。跳起的运动轨迹为弧度较小,下坠快的轨迹
乒乓球的运动轨迹本身就是弧线的 ,不转球的运动轨迹因受重力和正压力作用可以看做近似抛物线的弹道曲线。如果乒乓球带有旋转,比如你说的上旋和下旋,而且旋转强度足够并且球具有一定的前进速度的话 ,其运行轨迹明显与弹道曲线不同,比如上旋球的弧线曲度大,射程较近 ,而且因受到法向压力作用,落台更快等等。
其中涉及的学科有经典力学、流体力学中的伯努利定律——流速快 压强小。
推荐本书给你看看《乒乓球的旋转》,张惠钦著 ,里面有详细分析,相信会对你有帮助 。
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