乒乓球運動中的動力學分析

申朵梅

【摘要】在球類運動中，乒乓球是一項極其重要的體育項目，自19世紀乒乓球誕生以來，就受到全世界人們的喜愛。在我國乒乓球更被視作國球，除了擁有雄厚的群眾基礎外，還因為中國運動員在不同的國際賽事上取得好成績而受到關注。本文對乒乓球運動中的動力學進行分析，以為全民乒乓球運動的繼續向前發展提供一定的理論基礎。

【關鍵詞】乒乓球 運動 動力學

【中圖分類號】G846 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）15-0237-02

乒乓球是一項集速度、力量、落點、旋轉、線路和節奏于一體的體育項目。我們若想掌握乒乓球這項運動，就必須對乒乓球的運動力學進行分析，了解乒乓球力學基本概念，從而才能更好的掌握、運用它。

一、乒乓球碰撞過程機理分析

通常情況下，球拍在與乒乓球發生接觸時，由于膠皮受到來自乒乓球與球拍兩力的擠壓，使得球拍表面的海綿層向內凹陷，此時該撞擊力會隨著膠皮層與海綿層的變形而增大，同時受到的阻力也會隨之增大，速度降低，球本身則會受到摩擦力的作用使得自身的剪力滯后效應增大。同時剪力滯后效應也會對乒乓球旋轉產生影響，使轉動速度改變。當球拍與乒乓球之間的速度達到零時，膠皮層與海綿層間的凹陷也會逐漸復原，同時乒乓球由于受到重力的作用，則會逐漸與球拍脫離，此時剪力滯后效應也會逐漸降低，指導乒乓球以新的速度矢量和轉速與球拍完全分離，此時乒乓球則會受到空氣阻力與重力兩個力的作用。當乒乓球以90°的入射角撞擊乒乓球拍表面時，速度的變化情況。

二、乒乓球動力學分析

我們假定乒乓球在運動過程中不存在旋轉，此時乒乓球在空氣中則會受到多種力的作用。如空氣浮力、附加質量力、前面空氣的阻力、側面空氣的摩擦力、后面空氣的漩渦力、球內部空氣的阻滯力。其中，重力與浮力是處于相反的運動狀態，且空氣阻力與乒乓球之間的運動狀態也處于相反的方向；而當乒乓球以較高的速度旋轉、飛行時，我們則必須考慮馬格努斯力（圖2）的影響。與此同時乒乓球前面空氣的阻力主要來源于乒乓球排開運動軌跡中的空氣所受到的力，此時乒乓球所受到的力與輪船前進時排開波浪所受的力極其相似。側面空氣的摩擦力則主要是乒乓球在運動過程中，與空氣發生摩擦而產生的力。后面空氣的漩渦力則主要來源于乒乓球在向前運動時，有運動后方填充前行了的乒乓球后面留下來的真空區域。而乒乓球內部空氣的阻滯力則主要來源于乒乓球在運動過程中所受到的前、后、左、右、上、下所受到的旋轉運動而產生的牽制性力。

當乒乓球未旋轉卻在空氣中運動時，則主要受到重力、浮力、附加質量力與空氣阻力的影響。

三、海綿厚度對乒乓球運動狀態的影響

我們假定乒乓球的球拍材料、底板、膠皮厚度和海綿層的厚度不變，乒乓球在運動過程中分別以30°、45°、90°的入射角向球拍運動并發生力的作用。

根據圖2我們可以發現，乒乓球的反射速度會隨著海綿厚度的不同變化而發生變化，即海綿的厚度增加，則乒乓球的反射速度相對降低，隨后又會逐漸放慢運動速度而增大，且會隨入射角的30°、45°、90°的變化而降低。而當乒乓球的入射角呈90°時，乒乓球的速度則會隨海綿的厚度變厚而減小（撞擊結束后），且海綿厚度達到0.4mm左右時，乒乓球的反射速度與所受力也最小。而當海綿厚度為0.7mm左右時，乒乓球的速度與所受力也再次減小，隨后又逐漸上升，但整個過程其增大的趨勢極不明顯。而就整個乒乓球的不同角度的運動狀態來看，海綿的厚度越厚，彈性越大，乒乓球所受到的撞擊力也會越大。

參考文獻：

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