混双冠军夺回来了!孙颖莎和王楚钦打球能有多精准?
刚刚,中国队组合孙颖莎和王楚钦战胜朝鲜队李正植和金琴英,在巴黎奥运会乒乓球混合双打中夺得冠军!
孙颖莎和王楚钦配合默契,进攻精准强势,这离不开高超的技术和战术能力。因为乒乓球质量轻、速度快而且旋转多,所以这项运动有很高的竞技难度。想要获胜,运动员对击球的时机、位置、力度和角度的控制必须非常精确。
刘国梁在节目中一击让乒乓球飞过五角星中间的小孔 | 爸爸去哪儿
精确到什么程度呢?像上图刘国梁一样准确控制乒乓球的飞行方向是基础,同时还要控制球的旋转方向和速度,甚至,还要根据乒乓球场馆的温度调整打法。
没错,气温这样的细节也事关成败,5℃温差就可以让乒乓球的落点偏移1厘米。
乒乓球仅重2.7克,气温改变飞行轨迹
气温明显影响乒乓球的飞行轨迹,也影响球拍的弹性,上下几摄氏度的温差就可以影响运动员水平的发挥。
对于飞在空中的乒乓球,主要受这三种力:自身重力、空气阻力,还有因为旋转产生的马格努斯(Magnus)力。后两者都会受到空气粘性的影响,而空气粘性又受到空气温度的影响。因为直径4厘米的乒乓球重量只有约2.7克,所以后两者的变化对飞行轨迹影响很大。
当气温升高时,空气分子运动速度加快,使得空气密度随温度升高而减小,粘性随温度升高而增大,也就改变了乒乓球的飞行方向。
上图:旋转球受到的马格努斯力;中图:旋转方向示意图;下图:不同旋转方向乒乓球运动轨迹 | 参考文献[2]
气温升高5℃,落点远1厘米、接球位置低1厘米
我国研究者在一项分析中,对比了不同温度下的乒乓球运动轨迹,发现球落点位置、反弹后的角度、速度和旋转速度都随着温度变化。
研究者采用模拟软件进行分析,假设乒乓球从球台一侧发出,前进速度6.2m/s,上升速度1.6m/s,左右方向没有速度,上旋速度80rad/s。
环境温度设定为2008年北京、2012年伦敦和2016年里约奥运会的平均温度,即30℃、20℃和25℃,对比这三个温度下乒乓球的运动轨迹。
研究采用基于格子Boltzmann方法的XFlow无网格法流场模拟软件,建立乒乓球台坐标系,发球点位于箭头处,与球台短边平齐、高20厘米、距零点70厘米 | 参考文献[1]
分析显示,在三个温度下,乒乓球上升阶段运动轨迹没有明显差别,但下降阶段发生偏离,温度每升高5℃,轨迹落点位置远1厘米。
上图为不同温度下的乒乓球平面xoy轨迹,下图为局部放大图。温度越高,乒乓球落到桌面的位置距离发球点越远(x轴位移),反弹后高度越低(y轴位移)| 参考文献[1]
随着温度升高,乒乓球与桌面碰撞的角度逐渐减小。碰撞过后,球在三个方向上的速度、旋转速度和离开桌面角度也有差别。在以上三种温度下,乒乓球离开桌面的角度分别为25° 、27° 和26.8°。相对应的,在距离发球点2米的位置,乒乓球的高度分别为9厘米、12厘米和11厘米。
乒乓球馆内,比赛区域的温度一般会控制在20℃~25℃左右,或低于室外温度5℃。巴黎今日最高温度大约是34℃,如果奥运会赛场温度比平时训练温度高出5℃,乒乓球落点就会有1厘米的位移,这相当于球半径的一半,需要运动员调整接球位置。如果接球较晚,球离开桌面的角度、速度和旋转速度也会有明显差别,影响最终接球的位置、时间、角度和力度。
之后,其他研究也验证了气温对乒乓球运动轨迹的影响。以乒乓球半径作为参考,在x轴方向上,15 °C与 30 °C偏差为72.15%;y轴方向偏差为20.6%;z轴方向偏差为4.85%。
15°C下,不同时间点乒乓球流场涡量及速度云图 |参考文献[2]
温度降低,球拍变硬、乒乓球飞行变远
除了乒乓球本身,球拍胶皮弹性也会受到温度影响。
一项研究把球拍分别放在15℃、0℃和-18℃环境中进行预处理,然后让乒乓球在距离球拍207厘米的位置下落,对比球反弹高度。之后,研究者以同等力度击球,观察球的落点。
在15℃、0℃和-18℃条件下,恢复系数均值分别为0.606、0.619和0.628。也就是,随着温度降低,胶皮的恢复系数明显升高,击球后球速更快。同时,乒乓球飞行距离更远,落点与对面球台边缘的距离减小,均值分别为40.8厘米、30.8厘米和21.1厘米。
研究选取的温度与乒乓球馆常见温度差距较大,无法根据研究数据推测20℃~30℃时温度对胶皮弹性的影响。不过,这项研究足以提示,乒乓球馆内的气温变化会影响球的飞行距离,而且这种影响有可能大到影响运动员的发挥。
高温对乒乓球自身的影响是增加飞行距离,对球拍胶皮的影响是减弱反弹能力,也就是减少飞行距离。至于实际情况下,这两种作用综合起来之后,飞行距离变近还是变远,目前还没有研究进行验证。
比赛中的孙颖莎和王楚钦 | 央视新闻
乒乓球比赛,可以说是毫厘之间见功夫。仅仅温度一个外部因素,就会给乒乓球带来这么复杂的变化,可见这项运动难度有多大,对运动员的控制和调节能力要求有多高。
中国乒乓球队是奥运会乒乓球赛中最成功的代表队,从1996年开始多次包揽所有小项的金牌。精确度,是中国乒乓球队称霸赛场的原因之一。
今天,孙颖莎和王楚钦再次上演精妙控制与力量的完美结合,得到了乒乓球项目的首金,也夺回了东京奥运会遗憾失去的混双金牌。
参考文献
作者:代天医
编辑:odette
题图来源:新华社
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