乒乓球运动中的力学问题研究分析(2)

发展至今，中国乒乓球运动已经遥遥领先于其他国家，蝉联了21世纪初冠军，以至于国际乒乓球运动联合会一再针对中国修改运动规则。

1.2 研究的主要内容和意义

1.2.1 研究的主要内容

乒乓球发展经历了三个阶段，从把球推来推去到弧圈球打法这一过程，技术提高的同时也增加了观赏性。本文主要研究从发球到接球这一过程，其中包括球拍接触乒乓球的过程；乒乓球的飞行过程；乒乓球与台面碰撞过程以及碰撞后乒乓球的飞行过程。

研究球拍接触乒乓球的过程有两个部分，一是人体运动主要是手臂运动对乒乓球的作用，即生物动力学；二是球拍与乒乓球碰撞时摩擦力、推力以及动量分析。

乒乓球的飞行过程研究是本文的重点，主要研究：（1）乒乓球飞行特性，尤其是弧圈球和螺旋球；（2）乒乓球飞行过程的受力分析以及运动方程；（3）Matlab仿真乒乓球运动轨迹。

乒乓球运动中的力学问题研究分析

乒乓球与台面碰撞的过程主要研究碰撞前后飞行速度和旋转速度的关系。 对现在比赛流行的两种高难度技术进行分析，一个是台内反手内拧技术，另一个是台内反手侧拉技术。

1.2.2 研究的意义

通过论文研究更好的掌握相关力学知识，研究了力学在乒乓球运动中的作用，可推广至其他体育运动的研究。乒乓球运动在今后发展中有更好的方向。

乒乓球运动中的力学问题研究分析

第二章 运动生物力学

对于运动生物力学的原理和方法在乒乓球运动项目中的应用，本文根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势、以及乒乓球运动发展的实际需求，对运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域和研究方法进行分析与展望，以期对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识，为运动生物力学如何更好地结合乒乓球专项特点为乒乓球运动实践服务提供借鉴。

2.1 研究领域分析与展望

从运动生物力学角度来看，乒乓球运动是通过乒乓球和球拍位置的变化与运动员机体的活动相结合的一项运动。运动员的击球动作使球拍和球碰撞后，击出的球以一定的动量、动量矩落到对方台面，与台面发生碰撞，反弹后再与对方的球拍相碰撞。归纳起来，乒乓球项目中的运动包括：运动员的运动(动作技术) 、乒乓球在空中的运动(速度、旋转、弧线) 、乒乓球的碰撞运动(乒乓球与球台或球拍碰撞) 。对乒乓球这三个方面的运动生物力学研究分析需要一定的设备仪器与方法。与乒乓球运动相关联的还有球、球台、球拍等器材以及运动员的服装。

根据运动生物力学和乒乓球运动的发展趋势，运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域，可以预计运动技术研究仍将会占较大比例。具体可开展以下几个方面的研究：

1) 动作技术诊断

2) 乒乓球与球拍碰撞、与球台碰撞的研究

3) 对乒乓球拍运动的研究

4) 乒乓球拍、乒乓球运动鞋的研制与优化

5) 乒乓球运动员肌肉、骨骼力学特性的研究

6) 乒乓球专项测试仪器的开发

7) 乒乓球运动员损伤机理和预防的研究

2.2 研究方法分析与展望

运动生物力学在乒乓球运动中的研究方法分为两大类：一是力学理论研究方法，二是实验研究方法。至今实验研究方法在乒乓球运动中并没有太多涉及，只是对运动学进行了很少的测试，而动力学研究几乎没有。在将来的研究中实验研

乒乓球运动中的力学问题研究分析

究方法有极大的发展空间。本文就不予以介绍。本文研究的重点是乒乓球运动过程的分析，对力学理论研究方法仅做介绍。

力学理论研究方法是通过人体运动仿真进行研究，一般包括5个步骤：1) 确定运动恃征，建立目标函数；2) 选择模型确定刚体的自由度；3) 建立动力学模型；4) 实测已知数据并求解；5)根据求解结果解释运动规律。实际过程中，模拟研究目标和运动数学模型很困难，至今所研究的结果与实践有一定的距离。

将力学理论与实验研究相结合是乒乓球运动研究方法的发展趋势。

2.3 “转髋”动作分析

“转髋”动作是弧圈球技术的重要方法，它有着承上启下的作用。

2.3.1 力学原理分析

“转髋”动作力学原理主要在于两个方面：一是增加了挥拍击球动作的转动半径，二是髋关节的转动使大臂有一个初速度。[8]

如果在完成弧圈球击球动作时没有髋关节的加速转动，则击球动作完全是由上臂带动前臂完成的。这时击球动作的转动半径是从肩关节中心到球拍触球点的连线。相反，如果在完成击球动作时以髋关节的加速转动带动上臂和前臂，则击球动作的转动半径增加。根据公式：线速度(V) = 角速度(ω) ×半径( r) ，可知在角速度一定的条件下，半径越大则线速度越大。因此，完成弧圈球击球动作时，髋关节的转动能增加挥拍动作的半径，从而增加挥拍击球动作的线速度，挥拍动作的线速度越大则击球的效果越好。

在挥拍击球时，如果没有充分利用髋关节的转动预先加速，则挥动大臂击球时，大臂的初速度为零。如果在击球时首先转动髋关节，则髋关节的加速转动可以带动大臂，使大臂获得一个初角速度。如果将击球瞬间挥臂动作的角速度定为末角速度，根据动量矩定理可得：外力的冲量矩(M△t) = 转动惯量(I) ×[ 末角速度(ω2) —初角速度(ω1) ] 。整理后为：外力的冲量矩+ (转动惯量×初角速度) = 转动惯量×末角速度。由于转动惯量一定,所以在外力的冲量矩一定的情况下，初角速度越大，则末角速度越大。如果在击球时没有转动髋关节,大臂的初角速度为零，所以末角速度较小。如果在击球时利用了髋关节的转动，则大臂的初角速度大于零，因此末角速度较大，末角速度越大则击球的效果越好。

乒乓球运动中的力学问题研究分析

第三章 乒乓球弧线运动

3.1 不旋转球与旋转球

3.1.1 不旋转球的特性

球拍与球接触时，球拍对球的作用力合力方向通过球的形心，这样的球称为不旋转球。

球在运动过程中受到重力、空气阻力和浮力，其运动轨迹为中弧线。如果不考虑空气阻力，其运动轨迹为抛物线。中弧线和抛物线相比有两个特点：（1）弧线的高度降低；（2）弧线的下降部分比较陡。

不旋转与台面碰撞后，根据牛顿第三定律，反弹后的弹跳角略大于入射角，反弹后的速度小于原速度，反弹后的弹跳高度略有降低。

3.1.2 旋转球的特性

球拍与球接触时，球拍对球的作用力合力方向不通过球的形心，这样的球称为旋转球。

旋转球运动过程中除了受到重力、浮力、阻力外还受到由于旋转引起的马格努斯力，以至于旋转球的飞行轨迹不同于不旋转球。旋转球的飞行特点是弧线形状异常和飞行速度异常，与台面碰撞时由于旋转与台面摩擦使其弹跳方向异于不旋转球，反弹方向偏离正常的反弹方向。

正因为旋转球的特性，在比赛中产生了很大的威力。

3.1.3 马格努斯力

当一个旋转物体的旋转角速度方向与物体飞行速度方向不重合时，在与旋转角速度方向和平动速度方向组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象称作马格努斯效应。旋转物体之所以能在横向产生力的作用，从物理角度分析，是由于物体旋转可以带动周围流体旋转，使得物体一侧的流体速度增加，另一侧流体速度减小。

马格努斯效应是一种粘性效应，它是由于旋转的物体在粘性流体中运动时产生的。1852年德国人马格努斯发现的。马格努斯力与转速、运动速度和物体直径有关。对球体，马 …… 此处隐藏：2803字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……