乒乓球制动原理?

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这个问题很有趣,我就以物理学的角度来简单解释一下:假设手上有2个力,一个是主动作用在球上的推力 F1(假设F1>0),另一个是手握球产生的阻力 F2, 那么根据牛顿第三定律得知,球对手的反作用力为-F1+F2.

当这两个力达到平衡时,系统的动量守恒:m1v1=m2v2 其中 m1、m2分别为球和手的质量; v1、v2 为运动终了时的速度。 因为速度总是指向球的运动方向,所以有 -F1+F2=0 所以得到 F1=F2 当 F1=F2时,动量仍然守恒,但是受力完全平衡,没有加速度,物体的速度保持不变。

这个时候,如果没有其它外力作用,系统最终静止下来。 但是现实中,我们不会让打乒乓球这么“理想”,往往给手指加上一个减速器——手套! 加了手套后,情况就发生了变化,因为手套和手指之间存在摩擦,使得F1≠F2,并且F1>F2,同时由于摩擦的存在,F1会不断减小直至消失,而F2则不断增大。

当 F1=0时,系统受的合外力等于摩擦力 f, 并根据牛顿第二定律得:a=\frac{f}{m} 速度将会不断地下降直到为零为止。 最后,乒乓球停止了运动,而你的手获得了向心力。 这就是最简单的关于乒乓球运动的力学模型。

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当乒乓球表面旋转时,其表面不同的点(除旋转轴上的点外)具有大小相等,方向各异的速度,即产生了相对气流。而施加于球上的空气动力,是作用于球的各个点上的局部力的合成。因此,必须研究球表面各点上局部气体作用力的规律。试验时,保持球心与相对气流的相对速度的大小和方向不变,仅使球绕球心转动,这时在球的运行过程中产生垂直于相对气流速度v和球的轴线x的合外力。

当球绕x轴顺时针转动时,合外力F指向纸内,使球在运行过程中向右下方偏转,这种旋转叫“右侧上旋”;如果球绕x轴沿逆时针转动时,合外力F指纸外,在运行过程中向左上方偏转,这种旋转叫“左侧上旋”。

分析乒乓球在空中运行过程中受气流作用的局部压力分布和合力的方向,同样可以得出“左侧下旋”和“右侧下旋”的结论。在实际的受力过程中,由于气流绕球时的分离点较难确定,空气也存在粘性,并且粘性还和其流速有关。因此,合外力的大小和方向的确定是比较复杂的,必须进行风洞试验和计算流体力学的数值模拟才行。

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