乒乓球运动中的动力学分析

申朵梅

【摘要】在球类运动中，乒乓球是一项极其重要的体育项目，自19世纪乒乓球诞生以来，就受到全世界人们的喜爱。在我国乒乓球更被视作国球，除了拥有雄厚的群众基础外，还因为中国运动员在不同的国际赛事上取得好成绩而受到关注。本文对乒乓球运动中的动力学进行分析，以为全民乒乓球运动的继续向前发展提供一定的理论基础。

【关键词】乒乓球 运动 动力学

【中图分类号】G846 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）15-0237-02

乒乓球是一项集速度、力量、落点、旋转、线路和节奏于一体的体育项目。我们若想掌握乒乓球这项运动，就必须对乒乓球的运动力学进行分析，了解乒乓球力学基本概念，从而才能更好的掌握、运用它。

一、乒乓球碰撞过程机理分析

通常情况下，球拍在与乒乓球发生接触时，由于胶皮受到來自乒乓球与球拍两力的挤压，使得球拍表面的海绵层向内凹陷，此时该撞击力会随着胶皮层与海绵层的变形而增大，同时受到的阻力也会随之增大，速度降低，球本身则会受到摩擦力的作用使得自身的剪力滞后效应增大。同时剪力滞后效应也会对乒乓球旋转产生影响，使转动速度改变。当球拍与乒乓球之间的速度达到零时，胶皮层与海绵层间的凹陷也会逐渐复原，同时乒乓球由于受到重力的作用，则会逐渐与球拍脱离，此时剪力滞后效应也会逐渐降低，指导乒乓球以新的速度矢量和转速与球拍完全分离，此时乒乓球则会受到空气阻力与重力两个力的作用。当乒乓球以90°的入射角撞击乒乓球拍表面时，速度的变化情况。

二、乒乓球动力学分析

我们假定乒乓球在运动过程中不存在旋转，此时乒乓球在空气中则会受到多种力的作用。如空气浮力、附加质量力、前面空气的阻力、侧面空气的摩擦力、后面空气的漩涡力、球内部空气的阻滞力。其中，重力与浮力是处于相反的运动状态，且空气阻力与乒乓球之间的运动状态也处于相反的方向；而当乒乓球以较高的速度旋转、飞行时，我们则必须考虑马格努斯力（图2）的影响。与此同时乒乓球前面空气的阻力主要来源于乒乓球排开运动轨迹中的空气所受到的力，此时乒乓球所受到的力与轮船前进时排开波浪所受的力极其相似。侧面空气的摩擦力则主要是乒乓球在运动过程中，与空气发生摩擦而产生的力。后面空气的漩涡力则主要来源于乒乓球在向前运动时，有运动后方填充前行了的乒乓球后面留下来的真空区域。而乒乓球内部空气的阻滞力则主要来源于乒乓球在运动过程中所受到的前、后、左、右、上、下所受到的旋转运动而产生的牵制性力。

当乒乓球未旋转却在空气中运动时，则主要受到重力、浮力、附加质量力与空气阻力的影响。

三、海绵厚度对乒乓球运动状态的影响

我们假定乒乓球的球拍材料、底板、胶皮厚度和海绵层的厚度不变，乒乓球在运动过程中分别以30°、45°、90°的入射角向球拍运动并发生力的作用。

根据图2我们可以发现，乒乓球的反射速度会随着海绵厚度的不同变化而发生变化，即海绵的厚度增加，则乒乓球的反射速度相对降低，随后又会逐渐放慢运动速度而增大，且会随入射角的30°、45°、90°的变化而降低。而当乒乓球的入射角呈90°时，乒乓球的速度则会随海绵的厚度变厚而减小（撞击结束后），且海绵厚度达到0.4mm左右时，乒乓球的反射速度与所受力也最小。而当海绵厚度为0.7mm左右时，乒乓球的速度与所受力也再次减小，随后又逐渐上升，但整个过程其增大的趋势极不明显。而就整个乒乓球的不同角度的运动状态来看，海绵的厚度越厚，弹性越大，乒乓球所受到的撞击力也会越大。

参考文献：

[1] 谢聪锋，李春.乒乓球拍海绵特性碰撞动力学分析[J].中国体育科技，2017，53（3）：140-144，封3.

[2] 杜志峰，冀亚运，岳慎强等.乒乓球旋转运动力学分析[J].现代交际：下半月，2011，（12）：140-141.