乒乓球的旋转是如何产生的?
首先明确一点,乒乓球的运动是带有旋转的。 造成这一现象的原因是,空气作为运动介质,对周围的物体产生作用。当球从高处落下时,空气会同时冲击球和球拍两个部分。
但由于球拍面积小于球,所以冲击球的部分就会形成压强,而冲击拍子部分就会产生向下的速度。由于力的作用是相互的,球作用于空气同样会产生一个方向相反的速度,而且这个速度在数学上正好与向下运动的分速度相等(牛顿第三定律)。这样,球就会在空中保持匀速直线运动了。 但这个问题比较抽象,不容易体会。我打个比方吧。想象一下你把一块石头扔进水里,你投得越高,水产生的波就越大。这是由于石块投入后,使水产生了上下运动,形成了类似弹簧一样的弹力,把石块弹回来的力的大小正比于石块投入的高度。同理,当你击乒乓球时,你的手对球的上下运动产生了阻碍,上下运动的幅度越大,对你的阻力就越大的缘故。
说了这么多,好像还没说到旋转问题。其实上面的过程已经说明了为什么会自转。因为上下运动时,你的右手会自然上顶,从而形成“右旋”或“左旋”。 但这个过程很慢,我们肉眼根本看不出来。要想看出旋转,就必须加大空气的扰动,比如加大拍子的挥动幅度、加大发球的力量等等。如果还是难以理解的话,你可以试一下用力踢一脚橘子皮,它也会旋转着飞出去!
运动员之所以能使乒乓球产生各种旋转,是由于运动员用球拍触球瞬间摩擦球的部位、方向、速度以及用力大小不同和球拍胶皮性能所产生的。
因此运动员击球时的拍面角度和触球部位是产生旋转的主要因素,根据流体力学原理讲,球在空间飞行时,球周围的空气是相对球向后流动的,因此球在旋转时,对流过的空气施加了切向力,使流动的空气形成了边界层。同时根据空气的粘性把边界层的内层与外层联接成整体的流体,因此在粘性边界层内就形成了绕球的环流。环流的底部是运动学涡,运动学涡也跟着一起转动。由于运动学涡的强度与球的转速成正比,所以球的旋转越快,涡的强度就越大,作用于球的作用力也就越大。根据物理学,一个物体绕着质心旋转时,总是有向前向外的离心力,与离心力相反的方向就产生了一个使球向内向后的力,即空气阻力。运动学涡所产生的作用力,使球受到的阻力大于未旋转时球的阻力。这个附加的阻力使球沿弧线飞行,形成各种各样的落点以及各种变化莫测的回球。
如运动员击球时,球拍底部向上摩擦球的中下部(碰击球的瞬间,拍面垂直于地面)使球向后旋转而产生下旋。下旋球的边界层和运动学涡使球受到一个很大的作用力。这个力阻止球旋转的转速降低,同时由于底部向上摩擦使球向下飞行,因此球落地后总是跳不高或者不跳。
如运动员击球时,球拍拍面垂直球网使球向左或者向右旋转而产生侧旋,使球在空中飞行时向左或者向右偏拐,落地之后向左或者向右回弹。