乒乓球出去时旋转原理?

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我来尝试着用物理知识解释一下这个问题,虽然不是很完美。 先放结论:乒乓球的旋转依据角动量守恒原则而产生。 具体原理如下(以右旋下旋为例)

1.把乒乓球看做一个质点,考虑以下情况: 当球从A点运动到B点时,由于右手持拍,所以轨迹一定是向右下方倾斜的(不展开讨论右方力量不足导致的下旋情况了)。那么根据机械能守恒定律,其动能的变化量必定大于重力所做的功,即有 \frac{1}{2}mv^{2}>mgh 因为 v=\sqrt{gr} 所以上式可转化为 g>\frac{v^{2}}{r} 显然,若击球力度较大,则上式左端越大,此时小球必然向下运动时能够保持足够的线速度,从而形成旋转。

2.把乒乓球看成多个质点的集合,每个质点具有固定的转动惯量并随位置而变化(考虑上下颠球的情况)。 同样考虑以上图所示的右旋下旋为例,当球从 A 点到 B 点运动时,一部分能量将用于提高各个质点的速度,还有一部分将会导致各个质点产生圆周运动。对于其中某一个质点,由于其具有向左运动的趋势,故必将在一个周期内完成一次完整的圆周运动,因此必然会产生沿半径方向的位移,由此产生向下的动量,进而使整体质量产生向下的加速度,从而推动球体向下运动。同时,由于各个质点的转速不同,产生的力矩大小各异,使得小球最终的运动方向略有偏移(往右偏),形成了旋转。 当然,在击球过程中由于球与球拍之间存在间隙,且不可能完全一样,因此实际上转动的幅度会小于上述分析的结果。

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乒乓球旋转产生的主要原因是拍子触球瞬间拍面对球产生的摩擦力的作用。所以,同样的球拍,由于触球时拍面不同,会产生不同旋转的球。同样,由于球拍表面材料不同,所产生的旋转效果也会不同。

拍面与球之间的摩擦力可分为滑动摩擦力和滚动摩擦力。滑动摩擦力的大小与球拍与球之间的压力,及拍面与球之间的摩擦系数有关;滚珠摩擦力的大小与拍面对球的合外力有关。

所以同样是“摩擦”,由于是“滑动摩擦”还是“滚动摩擦”,其效果也是不同的。如果纯在“滑动摩擦”,则拍子离开球后,球肯定在旋转,而且旋转很“转”;如果纯在“滚动摩擦”,则拍子离开球后,球也在旋转,但是旋转不“转”。

在实际击球时,由于球在着台后自身有速度(尤其来球下旋时),在触拍瞬间,可能存在“滑动摩擦”,也可能有“滚动摩擦”,这主要取决于球触拍速度的大小和拍面的开放程度(也就是触球的部位)。

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