乒乓球的技术力学原理Word格式文档下载.docx

1、第二种方法：具有一定稳定性，但是台面球不太好处理，旋转不太强。第三种方法：对于台面小球起板能力大大加强， 但对于来球速度快，来不及 打，不能发挥手臂和腰部的力，另外反手不易翻过去。第四种方法：在速度和旋转方面表现极大的优越性， 注意要在正反手和追身 情况下要预先保证拍子充分压下去。欧洲优秀选手采用横拍，两边拉技术十分凶 狠，对我国运动员造成严重威胁。在我观看比赛时总是有一种想法，为什么在来 球不下旋时， 我国运动员对拍型下压有时不够。 下压不够向下推又易于下网。 充 分下压后纯提拉，既提高击球准确性，又加快球的上旋程度和进攻的速度， 落点 也易于控制。我分析了国家运动员比赛时，当来球不下旋时的

2、失误主要原因乃是 拍型预先压得不够。从力学角度来考虑，拍型充分前倾，在提拉时球拍对球的作用，使球的质心 的运动方向对准网的上边缘。又由于是纯摩擦，使球强烈上旋，使球成为前冲弧 圈球。拍子向左向右一歪，或者力度强弱有变化，就能打进落点变化、质量很高 的上旋球。如果来球为下旋，攻球方法大致有以下几种：1垂直拍型、拍型后侧，向前方推击，后转拍下压。2球拍后仰插球下，击球时拍子下边向后回收提拉，然后转拍下压。或者靠 球较紧立即回地转拍击球。3拍子适当前倾纯提拉。形成弧圈球攻球方法。4拍子垂直状态，拍面向左方或者向右方。置拍于球侧面而转推击球。若下 旋不强，可以在球侧前方，保持球拍垂直状态转拍。比较容易

3、掌握。若下旋强，向前方的推击力量大，若下旋弱， 向前方推击力量小。但速度旋转受到限制。 是我国运动员用于台面上起板方法。 一般用于在球下降期， 这 样长下旋球就比较困难。也是我国运动员常用的正反手弧圈球打法。其优点上旋力强， 攻球速度快。但是对于台面小发挥不出威力。而且由于拍型位置（靠前靠后、靠 上靠下）也会引起失误。 而且直板正手威力大， 反手威力小， 追身球要求侧身快， 动作幅度大不易复原。第四种方法是我自创的一种手法， 独立于前几种， 也是本文的重点。 这种方 法在比赛中还未见到， 但它确是解之有效。 拍型垂直可保证击球的力为水平， 转 击时沿球中部磨擦。用这种方法有以下几个优点：优点

4、1：身体动作小、还原快、不会产生大幅度身体动作，便于连续攻击。优点 2：不论球的长短高低，落点位置都可以发挥其进攻威力，因为它既不 需要插球下， 也不需要发力提拉， 因为拍子在球侧面本身就是提拉。 我国运动员 在用小球进行控制，说明小球不敢轻易起板。而我这种方法只要步伐拍型到位， 攻球可随心所欲。优点 3：球的落点可以容易变化，便对手猝不及防，因为它是运用手腕转动 形成的方向变化极其灵活。优点 4：打出去的球侧上旋，因为它是从球侧面攻，所以使球侧上旋。优点 5：反手比正手更好打。反手更易放在球侧面，进攻更方便。 以上几个优点是切实可行的， 我希望这种方法对于乒乓球运动水平的提高能 尽我一点微薄

5、的贡献。总起来说攻球分为两个方面，其一是判断来球是否带下旋下旋的强度是多 大。其二是击球速度要特别快， 不能给对方有喘气的机会。 在攻球手法上也分为 两个方面，其一是设定状态，若来球不下旋状态，拍子使劲向前翻，几乎水平。 若来球为下旋，拍型垂直，拍而向左（反手攻），拍而向右（正手攻），并且运 动到球侧方位置。其二是快速动作，若来球为不下旋，提拉球顶部，若来球为下 旋，侧向转拍即可。庄则栋“加速制动”技术的力学原理 （转帖）JinLong Wang f_007同一座山，横看成岭侧成峰，远近高低各不同。各有各的视角，各有各的美。欲 识内在美， 须入此山中。 当你置身于庐山三叠泉瀑布下的龙潭池边，

6、看见飞流直 下撞击岩石的瞬间， 重力加速度似乎突然制动消失， 出现银河坠天、 浪花腾翻的 奇异景象，你一定会感到飞瀑突变带来的心灵震撼，惊叹大自然造化的动态美。好像飞瀑撞石的自然奇观， “加速制动”技术发明者庄则栋先生创造的乒坛奇迹， 同样让人久久感叹和思考。 庄则栋先生把 “加速制动” 称为自己制胜的绝招和法 宝。此招绝妙，此宝珍贵，此法达理。 从力学上看，这一法宝不仅对乒乓球运动， 而且对其他球类运动，乃至对其他竞技体育运动， 都是一个不可多得的制胜法宝。 何以为据？理由如下。1.动量变化的效果庄则栋先生在他的专著闯与创和许多撰文演讲中，一直强调“加速制动” 的重要性，并应用动量变化、冲击

7、力、以及碰撞与惯性等物理概念，从力学上做 出了解答。 这一创新理论对乒乓球技术的发展具有重要的意义， 从下面几个例子 可看到“加速制动”的作用和影响。例 1，庄则栋直板正胶两面攻的特点是采用 了在哪碰球就在哪停的弹击动作。 被誉为世界第一反手的王涛是横拍生胶反手弹 击，其威力之大以致令国内外高手与他交手时， 总是想法避开他的反手。 从原创 到顶峰，这一爆发力、杀伤力俱强的弹击技术可为“加速制动”的典范。例 2，我国传统快攻打法的独有技术正手突击， 动作要点就是爆发用力， 而且有制动动 作，其作用表现在人与拍、 拍与球之间的动量传递， 加强了动作的突然性。 例 3， 在目前弧圈球横行的天下， 近

8、台正手突击几乎看不见， 而台内正手爆挑却威风八 面。看看马林的爆挑镜头，那暴跳飞身之势令对手失措、让观众惊叹。再细看一 下慢镜，你就会发现一个定格：挑前瞬间先固定支点，然后飞身发力挑打。这不 是“制动加速”吗？这一突现式的先静后动，正巧与“加速制动”的先动后静相 对应，只是二者的转换方向相反， 而转换方式及其功能却有异曲同工之妙。 从动 量变化的角度看，二者互为反例，均可看出动量变化的作用和效果。“加速制动”与 “制动加速”的共同特点是把人击球的动量变化增量极限化。 从动量定理（ dp = F dt ）可知，动量增量叫冲量，动量变化过程中产生的力 叫冲力，这个冲力随着冲量增大而增大，而且也随动

9、量变化的时间缩短而增大。 在动量变化的过程中， 冲力是这个变化的效果之一， 同时还产生另外两种容易被 忽视的效果：力臂和力矩。通常人用球拍击球时，用力方向多偏离球心，而且会 在球表面上产生不同程度的摩擦。根据力向一点平移定理（ FB =FA，M = MB（FA = rBA FA ）作用到球上的一个力平移摩擦后附加了一个力偶。由 力和力偶矩分别产生平动和转动的两种运动效应， 使球边前进边旋转地运动。 因 此，乒乓球运动的动力来源于动量变化。 当你具备了这一动力源， 在旋转的乒乓 世界里，怎样驾驭旋转呢？2.力偶矩的效应对于“加速制动” 过程中的相互作用力， 庄则栋还是运动员的时候已经体 悟到“加

10、速是一个力，制动是另一个力，而且是相反的作用力。”现在可以从他 的一张正手攻球照片上看到， 他右手向左前方挥去， 左手反向转到右腋下面。 这 种非同常人的击球姿势， 表现出了由剪切力产生力偶矩效应的生动形象。 如果把 这张照面与徐寅生自传 我与乒乓球 一书封面上反手攻球的照片相对比， 将会 发现这两位著名乒乓球大师击球姿势的美妙。虽然他们分别是正反手、内外旋、 方向不一样， 可是他们的姿态却具有相同的不变的内涵。 只是一个正手内旋， 轴 在前胸；另一个反手外旋， 轴在后脊， 而他们两人不同外形的相同内涵就是身体 转动的力偶矩。力偶矩（M = rBA F）是描述转动效应量度的概念，一种容易体验的

11、方法是，在驾车过程中用双手转动方向盘控制方向。人开车要靠加速、 制动和方向盘，而打球要靠加速、制动和力偶矩。前者三要素必须分离控制，而 后者却要融为一体。打球“加速制动”时，由于力偶与力臂的相互作用，在轴向 上产生力偶矩， 同时在力臂载体上显现出转动效应。 从物理本质上讲， 打球是把 人体力偶矩做功的能量通过拍与球的作用， 利用撞击和摩擦方式传递到球上， 最 后表现出球的平动和转动效应。乒乓球运动来源于网球运动。 从人体动力学和运动学原理看， 它与太极拳运动更 为相似。这两种外观截然不同形式的运动，却都属于由力偶矩（力矩、动量矩） 所决定的圆（混圆、螺旋）运动。一般平动由力产生，而在转动中，力

12、矩的概念 占据着关键的主导地位。刘嗣传先生在武当三丰太极拳中明确指出，太极拳 内劲功力来自身体平衡和重心偏移产生的偏心力矩。 此论精准， 一语中的， 惟有 偏心力矩，方能四两拨千斤。武坛奇才王世清在日开武馆时，打遍日本无敌手。 全日相扑冠军滕田来馆挑战，只是一个照面，只听“噗”的一声，这个 200 多公 斤重的人体圆球，被摔出丈远，落倒了墙角。那种叫做爽的感觉，众多球友似曾 有过：只是一个爆冲，只听“唰”的一声，乒乓球擦过台边，落到了墙角。大凡 能制造“噗”、“唰”音响者，不管在武馆，还是在乒馆，必是演奏“引进落空 合即出”、“闪开中正定横冲”三步曲的高手。此曲第一步，“引进落空”，吃 住球、

13、准备力偶矩；第二步， “闪开中正”，重心转移、制造偏心力矩；第三步， “合即出”、“定横冲”，则是蹬腿、转腰、甩臂摩擦，进行力矩做功。3.力矩做功的效能力偶矩就是力矩， 只是力偶产生的力矩。 对于控制球的旋转来说， 它是 一个看不见的法宝。为了形象描述、理解和应用它，我们不妨把“加速”和“制 动”这两种相反的、围绕同一轴心相互作用的力，比喻成两条连续环游、转成一 团的黑鱼和白鱼。 用负阴而抱阳的太极图像表示力偶矩， 可以清晰地看到一个太 极乒乓的形象。 它的静态形象可隐喻力偶矩的元素含义， 而动态形象则反映力矩 做功的过程和效能。从动力学角度看，庄则栋先生创新的“加速制动”技术，可 衍生出重要

14、的力学效应。 如上所述， 增大动量变化产生力偶矩， 能控制击球的力 量、速度和旋转等要素。若从运动整体效果看， “加速制动”技术的重要性在于 它决定着力矩做功的效能。 所谓力矩做功是在转动中力做功的一种特殊形式， 它 由一般的力做功变换为力矩对角位移积分的力矩做功（ W=f F dr w=f M d 9 ）。其中力矩和角位移二矢量均由乒乓球技术的要素所构建 ：力矩由发力（重心交换、 腰臂合一、 发力方式等） 和力臂（转动幅度、 击球动作等） 产生； 角位移是力与运动方向之间的角度变化， 与发力方向、拍面方向、 拍形角度等要 素有关。力矩做功则表示力矩与角位移相互作用的积累效应， 该效应对应于乒

15、乓 技术所有要素发生统一作用的整体效应。由此可见，力矩做功决定着击球质量、 连续性和综合技术水平。 其中连续性， 反映了力矩做功过程的动态特性， 做功的 效能及其效能所达到的境界。关于连续性的问题，庄则栋先生一直强调用“加速制动”打球，击球 的准备时间，自己多了，而对手少了。不仅能快一板，而且能连续地快。国家队 李晓东教练尤其重视连续性，曾提出“先发动、先下手、抢时空”，一板球与下 一板球之间的衔接，环环相扣，行云流水，流畅自如。这样的连续性，能达什么 境界？乒乓精英们用体语的回答， 留下了历史记录： 著名世界冠军郭跃华为了提 高攻球命中率，与同伴训练对攻，龙腾虎跃，连续对攻，一个球整整打了两

16、个小 时；夺得世界冠军数目和种类最多的王楠， 打小就打下了好基础。 有一次与队友 练习正手对攻，一次性连续打了 4800 板。四千八百板，板板乒乓响。一曲交响 乐，人球共振荡。 “长时间的、激动人心的来回往复，伴随着不同的旋转与各种 精彩技术的组合 这就是我眼中的乒乓艺术。 ”这是世界乒坛常青树、 艺术殿堂上传奇人物老瓦的心声。在多彩的大千世界里， 绘画大师达芬奇曾在研究力的平衡时提出了重要的力矩概 念，乒乓球大师庄则栋发明了具有如虎添翼威力的“加速制动”技术。在这两种 发明之间偶尔显出一种内在联系 : 前者寓于后者，而后者基于前者。二者联系 的形象模式， 好像庐山飞瀑落地成河， 刹那间水流转

17、变了方向， 从垂直转变为水 平，形成了一个直角尺形的偃矩。 关于曲直形态的变换， 我国古代的商高归结为： “圆出于方，方出于矩”。这个矩是看得见的几何形状，而力矩则是看不见的旋 转动力因。如果你用心感知一项运动的外形和内因， 并且沿着它的轨迹控制好力、 力矩和力矩做功，或许当你陶醉于运动过程的时候，已经进入了一种美妙的境 界。转自小鱼儿 jlw关于乒乓球螺旋球的新概念及新技术- 兼论乒乓球运动的数学和力学基础徐庆和（ 北京大学 数学科学学院 北京 100871）摘要：研究目的：建立关于乒乓球螺旋球（ helical balls ）、挠旋球（ torsio nal balls ）的新概念、新技术

18、、及新系统。研究方法：应用现代数学理论（微 分不变量）和电脑程序来研究乒乓球的旋转。研究结果：（ 1）给出了乒乓球螺 旋球、挠旋球的新概念和科学定义。（ 2）给出了乒乓球螺旋球系统的新的旋转 分类法。（ 3）阐明了乒乓球运动在 3 维空间的数学和力学原理及运动的基本规 律。（ 4）建立了乒乓球螺旋球、挠旋球的理论系统和技术系统。 关键词：乒乓球运动；旋转；螺旋球；弧圈；曲率；微分不变量；运动学New Concept and Technique of Helical Balls in Table Tennis-Discussion on Mathematical and Mechanical F

19、oundation of Table TennisXu qinghe（School of Mathematical Science, Peking University, Beijing 100871, China.）Abstract: In order to set up new concept and technique of the helical balls and torsion spin balls in table tennis, this paper studies the spins of table tennis by means of modern math ematic

20、al theory and computer program. The result shows that （1） giving the scientific defini tion and concept of helical balls. （2） giving the scientific classification system of helica l balls. （3） giving the scientific regulation of table tennis in three dimensional space. （4） establishing the theoretic

21、al and technical system of helical ball and torsional balls.Keywords: table tennis ；spin ；helical ball ； torsional balls ； mathematica1螺旋、螺旋球和挠旋、挠旋球的定义：1.1乒乓球螺旋和挠旋的定义： 在连续（变化）的合力作用下（这个合力，在不同的时间具有不同的方向，并且 可以是不在一个平面上），在使乒乓球前进时，又使乒乓球产生一种旋转，球运 行的轨迹，呈螺旋线形（即螺旋线的一部分） （图 1, 图 2），这种旋转，称为螺 旋。图1 3 维空间螺旋面 , 它是由

22、 图2 3 维空间圆柱螺旋线3维空间螺旋线组成如果在上述条件下，乒乓球运行的轨迹，呈挠旋线形（即挠旋线的一部分），这 种旋转，称挠旋。1.2螺旋球和挠旋球的定义： 具有强列螺旋的球，称为螺旋球。具有强烈挠旋的球，称挠旋球。2螺旋球和挠旋球与“弧圈球”的区别和联系：关于弧圈和弧圈球，目前乒乓球专业书上的叙述有几个要点： （1）首先给出弧的概念，它是圆的一部分，或者是一条平面曲线（圈则是指圆圈的圈）。 （2 ）它是一种上旋球，即旋转的方向是向上的。（3 ）合力的方向，是向上向前的。 关于所谓弧圈的“弯度”，一般都是用直观描述法，来叙述一下，没有给出具有 科学原理的定义，没有应用数学曲率的科学概念，

23、更没有应用挠率的科学概念。 关于弧圈的命名，在乒乓球专业书乒乓球的旋转中，是这样给出的： “由于 弧圈球飞行时犹如半个圆圈，弧圈球便由此得名”。上述“弧圈”这个概念，无论是从现代数学、现代力学的理论观点，还是从乒乓 球的实践观点来分析，都存在严重的片面性、局限性等缺陷。用一句话来概括， 现在所谓的“弧圈”这个概念，缺乏科学的依据、科学的分析、和科学理论的支 持，特别是缺乏现代数学科学和力学理论的支持。 由于乒乓运动的开展， 最基本 的一条，就是需要有一个现实的空间，在数学上来刻画它，就需要建立一个 3 维空间，而我们从现行书上的描述（上述的 3 个要点），从大多数情况来看，它 的主要格局，包括

24、所有的示意图（参看2000年6月最新出版的体育辞典上所 有有关图示及其概念） 其几乎都是用 2 维平面上的圆弧 , 至多也是用 2 维平面上 的曲线来刻画的， 这样的刻画和描述不仅仅是粗糙的、 片面的， 而且是违背实际 的，它不利于乒乓球运动的理论研究，不利于推动乒乓球运动的进一步发展。螺旋球、挠旋球与“弧圈球”的区别：主要有 4 条：（1 ） 旋转概念不一样；由上旋的定义，上旋球的旋转方向是向上，而由螺旋的 定义，螺旋球旋转方向是呈螺旋线形的；图 3 3 维空间圆锥螺旋线（2）作用的空间不一样，上旋球是用二维平面中圆圈或曲线来刻画的，而螺旋 球是用三维空间中螺旋线形来刻画的；（3 ）螺旋球是

25、用3维空间中科学而精确 的曲率和挠率来刻画的，而在目前的乒乓球专业书中，关于上旋球的一切探讨， 是从来不考虑挠率这个极重要的科学参数；（4 ）原有的提法，缺乏科学内涵和 理论支撑， 从而制约了乒乓球技术的深入和理性的发展， 螺旋球的科学概念和理 论系统，有利于用电脑和现代技术研究和发展乒乓球运动 （图 4） 。图 4 3 维空间圆锥螺旋线及在 3 个平面的投影螺旋线这里应指出的是： 弧圈球是一种上旋球， 而所谓的上旋球， 可以看成是螺旋球的 特例。 因此，螺旋球，挠旋球是“弧圈球”技术的新发展和更新换代，它是定 义在螺旋和挠旋等现代科学概念的基础上。3空间曲线和螺旋线的数学定义、力学意义及其基

26、本规律：3.1空间曲线的方程的几种表示：3.1.1参数式； 3.1.2 交面式； 3.1.3 矢量式； 3.1.4 空间曲线的自然方程。3.2曲率和挠率的定义：曲率：度量曲线上相邻两点的切向量的夹角关于弧长的变化率。直线的曲率 恒为 0。圆周的曲率等于其半径的倒数。 挠率：度量曲线上邻近两点的次法向量之间的夹角对弧长的变化率。 平面曲线是 挠率恒为零的曲线。空间曲线如不是落在平面上，则称为挠曲线。曲率和挠率是两个微分不变量， 它们决定了曲线的形状特征， 是刻画空间曲线在 某点邻域弯曲程度和离开密切平面而扭曲程度的量。3.3空间曲线的基本定理和自然方程：给出闭曲线上的两个连续函数 k（s ）和t

27、（s），其中k（s）0,则除了 空间的位置差别以外，唯一的存在一条空间曲线，使得参数s是曲线的弧长，并 且k （s ）和t（s ）分别为曲线的曲率和挠率。把K=（S）, T= T（S）称为空间曲线的自然方程。这是空间曲线的基本定理, 它的重要性在于它指明了空间曲线除了它在空间的位置外，由它的自然方程唯 一的确定。 它从理论上进一步指明： 不但曲线的形状决定了它的曲率和挠率， 而 且曲率和挠率还决定了曲线的形状。3.4特殊曲线一般性的理论研究： 如果曲线的曲率和挠率满足线性关系：A k+ E卄C=0，其中A、E、C为常数，则曲线可分为下面几种情况：1 ） c=o，般螺旋线。特殊情况：AmO,E=

28、O（ k=0）时：直线；A=O,EMO（ 0）时： 平面曲线（挠率恒为零的曲线为平面曲线）。2） CM0,A=0,EM0 :挠率固定的曲线。3） C0,A0 :贝特朗曲线。我们用它们可以精确地给出任意一条空间曲线， 并可以由相关的公式， 计算出曲 率和挠率， 及空间曲线的长度。 它们是研究乒乓球在空间运行曲线的数学工具和 主要的计算方法。在空间曲线中最具代表性的曲线， 就是螺旋线和挠旋线， 它是从现实生活、 社会 实践和科学试验中， 对物质运动的轨迹进行抽象， 而得到的具有确定方程、 可计 算的空间曲线。 因此，应用它， 我们可以比较科学地研究乒乓球在空间运行的曲 线。3.5螺旋线的数学定义：

29、若曲线C为挠曲线，若其曲率和挠率具有固定比值，称为螺旋线。它的特征是切 线与一固定方向做成定角。如果曲率和挠率均为非零常数 ，那么C是圆柱螺线， 即它在圆柱面上且与直母线做成固定角。3.6螺旋线的力学意义：从力学意义上来说，我们可以把乒乓球在空间的运动，视为刚体一般运动（ gen eral motion of a rigid body ），即对运动学条件没有任何限制的刚体的自由运动。乒乓球在作自由运动时，球体内没有任何固定于空间的点，而且任何 3 个不共线的点的轨迹不会相同。刚体作一般运动时有 6 个自由度。3.7乒乓球在空间运动的基本规律：1）乒乓球在空间作一般运动时的任何位移都可分解为随基点的平动位移和绕基 点上某轴的转动位移， 改变基点的选择， 只影响平动位移而不改变转动位移的转 角。2） 乒乓球在空间作一般运动时的任何位移都可化成螺旋位移 , 由绕某轴的转动和 沿该轴的平动位移合成。这个轴称为螺旋轴。3）乒乓球在空间作挠旋运动时的任何位移都可分解为随基点的平动位移和绕基 点上某轴的转动位移， 改变基点的选择， 不仅影响平动位移而且可以改变转动位 移的转角。挠旋运动是指：曲率和挠率的比不等于常数。4）乒乓球在空间作挠旋运动时的任何位移都可化成挠旋位移 , 由绕某轴的可变 角转动和沿该