膠皮形變?乒乓球的旋轉(zhuǎn)是怎樣產(chǎn)生的

很少有其他一項(xiàng)運(yùn)動(dòng),能夠像乒乓球一樣,將旋轉(zhuǎn)這一特性發(fā)揮得如此淋漓盡致,精彩絕倫。正因?yàn)樾D(zhuǎn)的存在,帶來了更激烈的對(duì)抗、更精彩的回合、更優(yōu)美的弧線、更巧妙的落點(diǎn)和更多變的戰(zhàn)術(shù)。旋轉(zhuǎn),大大提高了乒乓球運(yùn)動(dòng)的趣味性和觀賞性。



旋轉(zhuǎn)是充滿魅力的藝術(shù),更是乒乓球運(yùn)動(dòng)的精華,同時(shí)也是復(fù)雜深邃的。對(duì)旋轉(zhuǎn)的理解,往往決定了一個(gè)運(yùn)動(dòng)員的水平上限,也體現(xiàn)了他對(duì)乒乓球運(yùn)動(dòng)本身的領(lǐng)悟。實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的來源,專業(yè)運(yùn)動(dòng)員都需要多年打磨才能逐漸消化掌握,對(duì)于缺乏科學(xué)指導(dǎo)的業(yè)余愛好者而言,旋轉(zhuǎn),更是一道難以攻克的大關(guān)。物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的,想要搞清旋轉(zhuǎn),就必須從事物的根源出發(fā),首先就必須搞懂:
乒乓球的旋轉(zhuǎn)是怎樣產(chǎn)生的?
先做一個(gè)實(shí)驗(yàn)吧。假設(shè)我們?cè)诖蚯驎r(shí),向正前方F發(fā)力(不能有一點(diǎn)點(diǎn)偏離),那么這個(gè)力量F就會(huì)穿過乒乓球最中間的球心O,使球向正前方飛行,這樣打出的球不會(huì)產(chǎn)生任何旋轉(zhuǎn)(現(xiàn)實(shí)情況下完全朝正前方基本不大可能,不過力量近似穿過球心,只會(huì)產(chǎn)生比較微弱的旋轉(zhuǎn),我們把轉(zhuǎn)速低于20轉(zhuǎn)/s的球稱為不轉(zhuǎn)球,把這種擊球方式稱為“平擊”)。

現(xiàn)在,我們朝前上方F擊球,那么這個(gè)力量就會(huì)偏離球心O,并產(chǎn)生力矩OL。根據(jù)力學(xué)原理,我們可以將這股力量分解為向前的撞擊力【f】和向上的摩擦力【S】,向前的撞擊力f為法向力,提供平動(dòng)速度,使球向前飛行,我們稱之為“撞擊”;而向上的摩擦力為切向力,提供轉(zhuǎn)動(dòng)速度,使球產(chǎn)生上旋,這也就是我們常說的“摩擦”。

通過物理受力分析,我們可以很清楚地看到,擊球時(shí)對(duì)球的作用力偏離球心所分解出的切向力(即摩擦力)是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的根本原因。
生活中也有許多相同的案例,這里拿我們小時(shí)候常玩的彈硬幣來舉例:


如果我們用手指去彈擊硬幣的正中心,硬幣往往會(huì)被直挺挺地彈飛出去,根本轉(zhuǎn)不起來,或者只是稍微轉(zhuǎn)幾圈就倒下去了。當(dāng)我們想讓硬幣轉(zhuǎn)得更厲害,就會(huì)選擇在硬幣的邊緣部位朝右前方向用力去彈。值得注意的是,硬幣會(huì)被彈飛一小段距離以后才開始旋轉(zhuǎn),關(guān)于這一要點(diǎn)在乒乓球的作用,在后面的文章會(huì)加以著重分析。
不過,即便在了解基本原理以后,相信大多數(shù)球友對(duì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的原因仍舊一頭霧水,那是因?yàn)槲覀儾⒉皇侵苯佑檬秩ソ佑|球,而是要依賴手上的兵器——乒乓球拍,來完成整個(gè)擊球動(dòng)作。球拍這一介質(zhì)的存在,使得力量的傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)化變得更為復(fù)雜了。既然摩擦力是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的根本原因,那么,在什么樣的情況下,球與球拍之間才會(huì)產(chǎn)生摩擦?
唐東陽(yáng)教授做過一個(gè)實(shí)驗(yàn),用一根細(xì)繩把一個(gè)乒乓球豎直懸吊在空中,同樣也把球拍用測(cè)力計(jì)豎直懸吊在空中,并使它們互相接觸:
1、當(dāng)球拍靜止不動(dòng)時(shí),測(cè)力計(jì)的讀數(shù)等于球拍的重力;
2、當(dāng)球沒有對(duì)球拍施加壓力,球拍均速向上運(yùn)動(dòng)時(shí),測(cè)力計(jì)的讀數(shù)還是等于球拍的重力。
這兩種情況都說明球拍除了受到重力外,沒有受到球拍對(duì)它的摩擦力,也就是說兩者之間沒有摩擦。
3、當(dāng)在球的左邊加以水平向右的壓力,且勻速向上提拉球拍,這時(shí)我們看到,測(cè)力計(jì)的讀數(shù)就大于球拍的重力了,說明球拍除了受到重力外,還受到豎直方向下的摩擦力,球拍和球之間出現(xiàn)了摩擦。
球拍和球只有接觸,但兩者之間沒有切向運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),球拍和球之間沒有摩擦是很容易理解的,但是球拍和球有了接觸,也有切向相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),為什么也沒有摩擦呢?原因是球拍和球之間沒有壓力,也沒有形變。在第3種情況下就因?yàn)樵黾恿怂椒较虻膲毫?/span>,導(dǎo)致球拍和球發(fā)生形變,從而出現(xiàn)了摩擦力。所以,在乒乓球運(yùn)動(dòng)中要制造出旋轉(zhuǎn),首先需要球拍和球的接觸,其次還要使球拍和球之間有切向相對(duì)運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),最后,還必須有球拍或者球的形變。
這一實(shí)驗(yàn),也側(cè)面說明了球和球拍之間的摩擦力是靜摩擦力而非滾動(dòng)或滑動(dòng)摩擦力。1983年 日本蝴蝶公司的山崗英樹用每秒鐘拍攝7000個(gè)畫面的攝像機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得出:不管重打還是輕打,不管使用何種拍面,球拍和球接觸的時(shí)間都是千分之一秒。那種認(rèn)為球與球拍之間的摩擦是從球拍上沿滾動(dòng)到下沿的摩擦無疑是錯(cuò)誤。借助高速攝像機(jī)拍攝的畫面,以最常使用的反膠為例,我們可以很清晰地觀察球與球拍的力量作用瞬間:




可以觀察到,接觸瞬間,乒乓球左邊的球拍形變小于乒乓球右邊球拍的形變,因此右邊的拍面形成小小的突起,形變不再對(duì)稱,就像右邊的球拍把球吃進(jìn)去再吐出來一樣,球就會(huì)受到向左上方的力量,這個(gè)力量會(huì)偏離球心。我們可以把這個(gè)力量分解為豎直向上的撞擊力和水平向左的靜摩擦力,這兩股力量使球向上彈飛并繞軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

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摩擦依賴于撞擊又與其對(duì)立,平動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)的基礎(chǔ),這也就是現(xiàn)代乒乓球訓(xùn)練都是從正手攻球開始的原因,同時(shí),旋轉(zhuǎn)的使用也歸功于器材的進(jìn)步。
乒乓球拍器材演化的歷史,也是一部擊球技術(shù)流變的歷史。乒乓球拍誕生之初,使用的是與網(wǎng)球拍酷似的穿弦球拍,1890年,人們才開始使用羔皮紙貼成的空心球拍,這兩種球拍對(duì)提高旋轉(zhuǎn)都非常有限。20世紀(jì)初,人們開始使用木板拍,由于木板的硬度較大,形變很小,加之表面光滑(有點(diǎn)類似現(xiàn)在的砂板),因此不易制造旋轉(zhuǎn)。1902年,英國(guó)運(yùn)動(dòng)員古德在木板拍上貼了一層薄薄的膠皮,并取得了全英乒乓球比賽的冠軍,自此,膠皮顆粒拍開始流行起來,膠皮顆粒拍增加了球與球拍之間的摩擦力,提高了控球能力,各種技術(shù)打法迅速發(fā)展起來。在當(dāng)時(shí)規(guī)則限定球網(wǎng)高而臺(tái)子窄的情況下,削球成為主導(dǎo)技術(shù)。

1952年,日本選手佐藤博治首先使用8mm厚的海綿拍參加世乒賽,一舉取得了男單冠軍,由于使用了海綿拍,日本隊(duì)還取得了男雙、女雙和女團(tuán)的冠軍。世界乒壇格局開始東移,傳統(tǒng)沉悶的防守穩(wěn)削打法逐漸被中遠(yuǎn)臺(tái)積極進(jìn)攻型,乒乓器材的革命推動(dòng)了技術(shù)的革命,直到今天演化為弧圈和快攻相結(jié)合的打法。
現(xiàn)在,看著手中的球拍,你應(yīng)該明白旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原因了吧?