淺析乒乓球高拋發球的力學原理

摘 要：目的：本文利用了力學方面的知識對乒乓球高拋發球做出了研究。方法：理論與實際結合法結果 高拋發球是乒乓球發球的一種形式，它利用更強的旋轉和更快的速度來提高發球的質量，從而占據比賽的主動。結論：利用與普通發球的對比來說明高拋發球的優勢所在。

關鍵詞：高拋發球；加速；力學原理；合力

[中圖分類號]：G8 [文獻標識碼]：A

[文章編號]：1002-2139（2013）-36--02

前言

在乒乓球比賽中，許多優秀的選手都是使用高拋的方法來發球的，但很少人能從力學的角度來對高拋發球進行解釋。其實高拋發球中包含有許多的力學知識，只有對這些力學原理有所了解，才能使高拋發球的質量不斷的提高，作到用力學知識來指導乒乓球運動，能從本質上提高自身的乒乓球技術水平。

1、研究對象與方法

1.1 研究對象

乒乓球運動員以及吉林體育學院乒乓球專項學生

1.2 研究方法

通過觀看現場乒乓球比賽和觀看賽后影像資料，及對平常自己班級的同學發球方法進行細致入微的觀察，并結合書籍理論知識加以分析及研究。

2 、結果分析與討論

2.1 高拋發球的力學原理：

高拋發球是一種在規則允許下的合力發球，發球者先將球拋至2—3米，待下落到一定的程度時擊球。由于拋球高度大幅度提高，使球體在下落時的重力勢能驟增，產生更大的合力，它的特點是拋球高著臺后拐彎飛行，比一般發球的速度快，旋轉強。

2.2 高拋發球可以增加球的旋轉

發球的示意圖：

下面就是在假設發球時球拍水平的理想條件下進行的一系列不規則但等效的計算方法來說明高拋球時可以增加旋轉。

通過（圖1）與（圖2）的示意圖，表明發球時乒乓球受到的是球下落是的重力和拍給的左右的力的合力。發球制造旋轉的主要靠摩擦力，在球接觸球拍的一瞬間F摩=F合，可見F合越大，則摩擦力就越大，球就越轉，所以我們就著重研究一下F合。

通過（圖2）可以看出，在拍給的力F一定的情況下，只有增加重力G，才能加大F合，兩者是成正比的，設F合=GU（U為摩擦系數），G=Ma（M為球的質量，a為重力加速度，a=g=9.8m/s），則F合=MUa，球旋轉的強度可以用球表面的線速度衡量，設為v，轉速從0開始到最終的速度v可視為v=F摩/m×T（T為摩擦時間，m為球與球拍的接觸面積，一般為定植），高拋的球從最高點到接觸球拍的下落速度設為v1，球接觸球拍到出球后重力加速度a要改變，此時a= v1/T，則v1=aT，所以球的旋轉v=F摩/m×T=TMUa/m= v1MU/m，從公式中可以看出，球下落的速度與球旋轉的速度成正比，所以高拋發球可以增加球的旋轉。

2.3 高拋發球可以提高球的速度：

球離開球拍的速度主要是拍的彈力，F彈= F合K（K為 彈力系數，為定植），通過公式可以看出高拋球增加了F合，從而增加了F彈，而F彈=Ma，也就是增加了

加速度，所以增加了出球的速度。

2.4 高拋發球比普通發球的旋轉與速度的增加率：

通過以上說明，可以看出高拋發球比普通發球的旋轉強，速度快。但高拋發球比普通發球的旋轉和出球速度具體增加了多少呢？

下面我們就計算一下：

設拋球的高度為3.2米，則S=3.2米，通過S=1/2gt×t得t=0.8秒，則接觸拍時的v1=at=10×0.8=8米/秒，所以旋轉速度v= v1MU/m（2.1中的公式）=8 MU/m

設普通發球時拋球高度為S’=0.45，t’=0.3秒，v1’=10×0.3=3米/秒，v’= v1’MU/m=3 MU/m，則v/ v1=8/3=2.66，所以增加率為166%。

2.5 高拋發球的不足：

2.5.1 高拋發球方向因素

發上旋球的時候高拋確實可以起到增加旋轉的作用，但在發下旋球的時候結果就可能相反。假設球拍呈水平狀態擊球，并且沒有垂直方向上的摩擦運動。

速度是一個矢量，存在正負和方向性問題，我們應該把它分解為垂直和水平兩個方向來考慮。

選定地面為參照物：

首先考慮垂直方向：在球拍觸球到出球的瞬間，球的下落速度從W減到0，同樣是做理想情況下的假設，這時候球的線速度應該是：V=F÷m×T=A×M÷m×T=W×M÷m，注意到線速度也具有方向性，我們不妨選取此時的球旋轉方向為正（就是上旋），記為V1。

再考慮水平方向：在球拍觸球到出球的瞬間，球的水平速度從0增到W‘，如果是發下旋球，此時球的水平速度W’應該是由于球與拍的磨擦所獲得的。同樣可計算得：V2=W‘×M÷m。注意這時V2與V1的方向相反，因此最終的速度應為：V= V1- V2在一般情況下，V< V2。也就是說高拋發下旋的旋轉程度要小于平拋。而若是發上旋，此時球的水平速度W’應該是由于球與拍的撞擊所獲得的。此時V2可近似為0。最終V= V1

2.5.2 高拋發球的種類少且有不適宜的人群

我國運動員的發球普遍單一，沒有成龍配套，很容易被對手適應。以現有的發球來看，一般每人都有正手高拋的發球。只是變化太少，水平不高。如能把這幾套發球在旋轉和落點和正反手的變化上加以創新、提高，威力就大多了，這也是完善發球的一個重要方面。

從國家隊到地方隊，選手不分男女、年齡不論大小，都把高拋發球作為自己的主要發球，而對它是否適應自己的打法特點和個人情況等考慮得很少，這個問題比較嚴重，這并不是說高拋發球已經過時，而是說有些隊員不根據自己的具體條件，盲目學高拋發球，以致降低了發球效果。另一方面，大家都發高拋，也容易被對方適應。

2.6 高拋發球可以增加發球的質量，但想練成也有一定的困難

2.6.1 高拋球要想拋的直，球放在手指和手掌連接的部位，拋球手的手指要并緊，手掌放平：

拋起來時手掌猛地向上一抖，但整個手掌要平，不然球就歪了，有些人故意在拋球時手指摩擦一下將球搞轉，其實壓根沒這個必要，這樣的球影響自己發球的實際旋轉，而且容易失誤。

2.6.2 發高拋球的擊球位置，主要是你站的腳步決定的

好象有些人追求發球一定要在胸前或者肚子位置，其實這不太合適。好的發球擊球點高度最好是只比球網高一點點或者相平。高度是相對固定的，擊球點的水平位置就各人不同了。如果腳步站的平穩，擊球點在靠近肚子中間的位置些；如果是類似側身的腳步，擊球點就在身體的正手這一側，沒有哪個對或者哪個不對，關鍵是你發出來的球的質量高低。

2.6.3 高拋要和上力，拍行要平一點，把握好擊球時間，勾切狠一點

勾切的時間就控制在和球網差不多的位置，過早球很高，而且不太轉；慢了球容易下網。拍型平一點，不要怕平切下網，高拋的球本身有速度，你平切越狠越能合上力，球反彈的速度越快，弧線低平而且容易過網

3、結論與建議

3.1結論

3.1.1 通過力學公式的計算和高拋原理的分析，我們得出了高拋發球對旋轉和速度的增加情況，并計算出了增加率，符合了高拋發球可以增加發球的旋轉和速度這一觀點

3.1.2 通過與普通發球的對比和優秀高拋選手在比賽中的成功情況得出高拋發球確實存在優勢。

3.1.3 高拋發球不是什么人都可以使用的，要結合自己的打發和發球后的效果來決定是否采用高拋發球的方法

3.2 建議

利用高拋發球增加合理的原理，繼續研究高拋發球，不斷創新，能在旋轉和落點和正反手的變化上加以創新、提高，威力就大多了，這也是完善發球的一個重要方面。

參考文獻：

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