图8 保龄球运动轨迹模拟计算结果(a)转动惯量为标量,回转半径取低值6.2 cm,球的质心和球心重合;(b)转动惯量为张量,绕3个主轴的回转半径取高的数值,分别为6.9 cm, 7.1 cm, 7.1 cm,球的质心和球心相距0.7 mm
从图8给出的结果可以看出,不管球的质心和球心是否重合,以及转动惯量是否为张量对球的运动轨迹有影响,并使图8(a)和8(b)中球路的细节有差别,但最重要的因素是薄层油所引起的球道摩擦系数的变化。图中球路可理解为,在上油区球道影响很小,球路大体为直线,离开上油区,球道摩擦系数突然增加,摩擦力使球的路径在趋近瓶区时发生偏转,最终以理想的3°-5°斜角切入。如果整个球道都上油,摩擦系数为常数且很低,球路会很直,接近瓶区时偏转不够;反之,如果都不上油,摩擦系数高,球路会偏转,但因滚动开始得过早,也难于以理想的角度击瓶。
08
结束语
首先,在跑动中运球的篮球运动员,除非要变换速度和方向,否则只要垂直向下拍球。跑动中的投篮和立定投篮不同,要根据跑动的速度和方向调整投篮的瞄准点,因为球离手时,携带有球员跑动的速度。跑动中的球员觉得球是垂直向下或向上运动时,在场外观众的眼里,实际上球是向斜前方运动的。
其次,从运动员和教练员的角度,了解球类运动背后的物理重要吗?本文讨论过投篮的准确度,投篮时球出手的角度随球员与篮框间的距离有所变化,在出手角度确定后,篮球通过篮心和刚好擦着框边进入篮框,按照数值计算的结果,出手时球速的差别小于1%,初速度取值的宽容度实际上是很小的。可是我们注意到,通过刻苦的练习和摸索,球员可具有很好的运动的和肌肉的记忆,一个职业球员在没有干扰,或练习中投篮的命中率可达70%或更高。作为物理学家,我们可以说的是,一方面,从优秀运动员投篮的角度、速度、手法等可以检验和修正理论分析所用的物理模型;另一方面,运动员了解相关的道理后,在练习中会更加自觉,缩短摸索的过程。
第三,运动水平的提高,需要有创新。以乒乓球为例,据统计,在中国乒乓球队处于领先地位的20世纪50年代到80年代前期,世界公认的技术创新共29项,其中属于中国的有22项,占总数的75.9%。但从1988年到199年,在公认的7项创新技术中,中国只有1项,占有率下降到14.3%,和在这一阶段中国乒乓球队在重要比赛上出现败绩,留有遗憾是一致的。这些技术创新,尽管大部分是靠运动员和教练员在实践中探索得到的,显然还需要从理论上得到说明和提升,当然也还需要研究人员提出建议,发展新的技术。在这两方面,物理研究均占据重要的地位。
参考文献
[1]Thomson J J. Nature,1910,85:251
[2]普郎特等著, 郭永怀, 陆世嘉译. 流体力学概论. 北京∶科学出版社,1966
[3]Frohlich C. Am. J. Phys.,1984,52:325
[4]蒋晔,陆阿明.中国体育科技,2005,41∶87
[5]张晓蓬.不同直径和重量的乒乓球对击球速度和旋转影响的实验报告.可在 www. gb.cri.cn 网站中找到
[6]Brancazio P J. Am. J. Phys.,1981,49:356
[7]Frohlich C. Am. J. Phys.,2004,72:1170
[8]苏丕仁.南都学坛(自然科学版),2001(3):92
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
如需转载请联系原公众号
来源:中国物理学会期刊网
趣谈球类运动的物理 | 《物理》50年精选文章
编辑:深浅