碰撞(冲击)现象的特点是作用时间极短,速度变化较大,加速度巨大,作用力(碰撞力或冲击力)极大。一般外力都可以忽略而不至于影响结果的准确性,碰撞是把球与拍整个接触过程看成几乎没有切向相对移动的“原位反弹”。这种作用力是球/拍两者之间发生的一对力,对球拍是撞拍力,对球是击球力。它们大小相同方向相反、同生同息。
理想的完全弹性碰撞只存在于假设之中。实际上乒乓球击球是一个有大量能量损失的非完全弹性碰撞过程。其中胶皮的压缩变形和恢复反弹,能量的转换、储存、释放、损耗,球/拍相对的转动、滑动、静止、滚动行为都是不难想象的,形形色色摩擦力的存在都是不言而喻的。
个人理解,乒乓球击球时绝对的摩擦是不存在的。一是因为纯粹的切向摩擦力在圆球体和胶皮表平面接触只是一个几何点(切点),此时没有形变,正压力等于零,根本不足以提供能使球体转动的有效切向摩擦力和力矩。二是因为摩擦力需要一定的法向正压力来维持,这必然导致球陷入胶皮形成凹坑从而产生反弹力,即碰撞力。另一方面,绝对通过球心的撞击力也基本上不存在。所以说,每一板击球力都同时包含了不同成分比例的撞击与摩擦。两种成分多一点少一点,此消彼长,合起来百分百。因此,把这种力叫做撞击力或摩擦力都是有一定道理的。当然,最合适的还只能笼统叫它们击球力。
7 近年多个实测数据证明,击球时球/拍作用时间大约为1至2毫秒。那么到底是作用时间越短击球力越大,还是作用时间越长击球力越大?
其实都有道理,因为它们分别适用于两种假设的前提条件。前者是指球/拍碰撞时球受到的平均冲力,根据动量定理FΔt=Δp=mΔv,当公式右边动量(速度)增量一定时,看公式左边当然是时间越短冲力越大。后者是指球拍对球匀加速,v=v0 at,当来球速度和加速度一定时,当然是加速时间越长出球速度越大,即球受到的击球力越大。前者假设速度(动量)增量一定,后者速度增量明显不同。
另外,两种说法实际上是对击球碰撞理论模型的定位与认识的差异造成的。
碰撞论(高速击球论)认为球/拍两者一碰即分开,人力无法控制过程也无须控制,因为时间太短,控制也没什么实际作用。
处理碰撞现象时,有三大近似假设或称三大简化:平均力假设,无外力假设,无位移假设。
平均力假设就是把整个碰撞期间看成一种受平均冲力的匀加速运动。无外力假设是指除碰撞力外的所有其它力(如重力、空气作用力、人力等等)都忽略不计。无位移假设是指碰撞双方相对位置变化很小,相对位移可忽略不计,通俗点说就是球在原位反弹,不考虑球/拍之间的切向相对运动。