Moje podziękowania dla gościa autora Jonathana Robertsa, który uprzejmie poświęcił czas na napisanie o fizyce tenisa stołowego, oszczędzając mi potrzeby wysilania mojego mózgu, próbując to rozgryźć!
Po pierwsze, bardzo krótkie wprowadzenie do matematyki używanej do opisu tenisa stołowego. Istnieje kilka formuł, które są używane, które człowiek o imieniu Sir Isaac Newton wyprowadził w swoim monumentalnym dziele Philosophae Naturalis Principia Mathematica. Nawiasem mówiąc, ta praca jest ogólnie uważana za najważniejszą pracę, jaką kiedykolwiek napisano w historii nauki, a ja uważam Newtona za największego naukowca, jaki kiedykolwiek żył.
Dokładnie wyjaśnia, w jaki sposób obiekty poruszają się ze skali obiektów międzygwiezdnych (galaktyki, gwiazdy, planety, POWAŻNIE DUŻE RZECZY itp.), aż do rzeczy w skali około 1000 milimetra lub 1 mikron. Potem ten model wszechświata zaczyna się załamywać i musisz przejść do teorii kwantowej i względności, która obejmuje przerażającą matematykę i fizykę.
W każdym razie jest to fizyka i matematyka tenisa stołowego we wszechświecie newtonowskim.
Podstawowe formuły, które należy tutaj zastosować to:
P = W÷t
W = Fs
F = ma
a = (v - u)÷t Uwaga: zwykle zmienia się to na v = u at
T = rF
Uwaga: Gdy dwie litery znajdują się obok siebie, oznacza to mnożenie. To jest prawidłowa notacja. Weźmy jako przykład drugą formułę, W = Fs Wyraża się to jako W = F pomnożone przez s lub W = F x s.
Gdzie:
P = Moc (stosowana ilość energii)
W = Praca (Ilość zużytej energii)
t = czas (długość czasu, przez który moc jest stosowana)
F = Siła (zasadniczo ilość chrząkania strzału. Podobny do P, ale nieco inny)
s = Przemieszczenie (to zasadniczo przekłada się na Odległość, z wyjątkiem pewnych okoliczności)
m = Masa (waga piłki, ustalona na 2,7 g)
a = Przyspieszenie (zmiana prędkości w danym okresie czasu)
v = Prędkość (prędkość strzału)
u = Prędkość początkowa (jak szybko piłka uderza w ciebie)
T = Moment obrotowy (ilość zastosowanej siły skrętu)
r = Promień (długość od środka koła do obwodu.)
P = W÷t
Aby zyskać więcej moc w swoich ujęciach musisz zrobić więcej Praca lub weź mniej czas w twoich ujęciach. ten czas w strzale odnosi się do czasu, w którym piłka styka się z rakietą, który jest ustalony na około 0,003 sekundy. Dlatego, aby zwiększyć Praca zrobione, należy zbadać drugie równanie:
W = Fs
Jeśli kwota Zmuszać wzrasta, wtedy Praca współczynnik wzrasta. Innym sposobem jest zwiększenie Przemieszczenie, ale nie można tego zrobić, ponieważ długość stołu jest stała (technicznie, lobbing lub zapętlenie piłki zwiększy Praca zrobione, ponieważ piłka musi pokonać większą odległość niż piłka, która ledwo przelatuje przez siatkę). W celu zwiększenia Zmuszać, należy zbadać trzecie równanie.
F = ma
W celu zwiększenia Zmuszać, ten Masa piłki musi zostać zwiększona, co jest niemożliwe, lub Przyśpieszenie musi zostać zwiększona. W celu zwiększenia przyśpieszenieanalizujemy piąte równanie.
a = (v - u)÷t
Najpierw należy obliczyć wynik obliczeń między nawiasami (jest to prawo matematyczne). Dlatego chcesz zmaksymalizować przyśpieszenie, zminimalizuj prędkość początkowa. Aby zmaksymalizować prędkość, musisz uderzyć piłkę tak mocno, jak to tylko możliwe. ten prędkość początkowa to coś, nad czym nie masz kontroli, ponieważ to jest to, jak mocno przeciwnik uderza piłkę w ciebie. Jednak, ponieważ prędkość początkowa zbliża się do ciebie, jego wartość jest ujemna. Więc to jest faktycznie dodawane do twojego prędkość, ponieważ odjęcie liczby ujemnej w rzeczywistości oznacza dodanie dwóch terminów (inne prawo matematyczne). ten czas pozostaje niezmieniony, z powodów wyjaśnionych powyżej.
To pokazuje, dlaczego im mocniej uderzasz piłkę, tym więcej Moc to będzie mieć.
Ale prędkość to nie wszystko w tenisie stołowym. Jest spin, który zostanie teraz omówiony.
Szybkość reakcji w tenisie stołowym
Z biologicznego punktu widzenia istnieją granice szybkości reakcji organizmu na bodziec. W tym czasie istnieje różnica między bodźcem dźwiękowym a bodźcem wizualnym. Z technicznego punktu widzenia reagujemy szybciej na bodziec dźwiękowy niż bodziec wizualny, odpowiednio 0,14 sekundy w porównaniu z 0,18 sekundy. Dlatego, jeśli możesz wyliczyć WSZYSTKO na temat strzału, musisz po prostu usłyszeć, jak uderza w rakietę, jesteś o 0,04 lub cztery setne sekundy szybszy niż ktokolwiek, kto kiedykolwiek grał w tenisa stołowego przed.
Dobrzy gracze (nawet przeciętni gracze jak ja) wciąż mogą wydedukować wiele z tego, co robi przeciwnik, po prostu słuchając hałasu, jaki wydaje piłka, gdy dotyka rakietki. Na przykład dźwięk ocierania się piłki o rakietkę mówi, że piłka została podkręcona, a uderzenie w pętlę da taki efekt. Ostrzejszy „pock” powie ci, że piłka została uderzona dość solidnie, a także, że używają cienkiej gumy. Oczywiście legalne jest proszenie o obejrzenie nietoperza opozycji, więc słuchanie hałasu, aby powiedzieć, jakiej grubości używa się gumy, jest po prostu czymś, co można zrobić.
Niektórzy mówią, że kiedy piłka uderzy w stół, mogą stwierdzić, czy piłka jest odkręcona z góry, czy niedokręcona. Osobiście nie mogę, ale nie zdziwiłoby mnie, że elitarni gracze mogą.
W tenisie stołowym średni całkowity czas reakcji na strzał wynosi zwykle około 0,25 sekundy. Przy wielu szkoleniach i dużej praktyce można to zredukować do 0,18 sekundy. Jest to jeden z głównych czynników, który oddziela mistrzów tenisa stołowego od najlepszych graczy. Na elitarnych poziomach tego sportu nawet bycie szybszym o najmniejszy ułamek sekundy (1/1000 części) zaczyna robić różnicę.
Moment obrotowy w tenisie stołowym
T = rF
Moment obrotowy to siła, która występuje, gdy jest przyłożona pod kątem wokół stałego punktu. Zwykle jest to koło. Jest kilka miejsc, w których Torque używał w tenisie stołowym. Niektóre popularne miejsca to:
- Maksymalizacja rotacji piłki. W ten sposób kula (piłka) jest obracana wokół punktu wewnątrz niej. Oznacza to, że im szybciej kulka się kręci, tym wyższa Moment obrotowy.
- Rozwijanie ciała podczas grania mocnego uderzenia, takiego jak rozbić. Rozwijasz biodra, potem tułów, potem ramiona, ramię, przedramię i wreszcie nadgarstek. Zwiększa to Promień huśtawki. Uderzenie piłki w kierunku zewnętrznej krawędzi rakiety również zwiększy promień. Nie wiem, czy jest to używane w grze, ponieważ oznaczałoby to, że piłka uderza w rakietę poza optymalnym miejscem i powoduje utratę kontroli.
- Podczas serwowania serw z wahadłem forhendowymJedną z technik jest oszukanie przeciwnika poprzez zminimalizowanie ilości rotacji piłki. Odbywa się to poprzez kontakt z piłką blisko uchwytu, minimalizując w ten sposób Promień huśtawki.
Technicznie mocniejsze uderzenie piłki (z większą prędkością) również zwiększa moment obrotowy, ponieważ ten wzrost prędkości skutkuje bezpośrednim wzrostem przyspieszenia piłki. Jak F = ma, wzrost w a prowadzi do bezpośredniego wzrostu F, co z kolei prowadzi do bezpośredniego wzrostu Moment obrotowy.
tj.
a = (v - u)/t
F = ma
T = rF
Energia
Nie można zaobserwować energii. Można zaobserwować tylko skutki Energii. Oznacza to, że kiedy piłka jest mocno uderzona, obserwujesz transfer energii z ciała gracza do piłki, aby spowodować ten strzał, a nie samą energię.
Energia jest opisana w dwóch formach (pomijając kilka innych form, które, nie stając się ekstremalnie technicznymi w chemii i fizyce jądrowej, wykraczają poza zakres tego artykułu). Są to energia potencjalna i energia kinetyczna.
Stosowane formuły to:
Energia potencjalna: E = mgh
Energia kinetyczna: E = ½mv2
gdzie.
E = Energia
m = masa
g = przyspieszenie ziemskie (9.81001 ms – 2 do 5 miejsc po przecinku, jeśli musisz wiedzieć)
h = Wysokość obiektu
v = Prędkość.
E = mgh
To jest reprezentacja energii potencjalnej. Reprezentuje to zdolność danego obiektu do wykorzystania energii. Na przykład, jeśli piłka do tenisa stołowego byłaby w twojej ręce i szybko ją wyjmujesz, piłka zacznie spadać (z powodu grawitacji). Gdy to nastąpi, energia potencjalna piłki zaczyna być przekształcana w energię kinetyczną. Kiedy uderza w ziemię, energia kinetyczna zaczyna się zmieniać z powrotem w energię potencjalną, aż piłka osiągnie szczyt swojego odbicia i znów zacznie spadać.
Teoretycznie powinno to trwać w nieskończoność, ponieważ energia nie może zostać stworzona ani zniszczona (z wyjątkiem reakcji jądrowej, która obejmuje prawdopodobnie najsłynniejsze równanie nauki: E = mc2). Powodem, dla którego nie trwa wiecznie, jest opór powietrza w postaci tarcia oraz fakt, że zderzenie piłki z podłożem nie jest doskonale elastyczna (część energii kinetycznej piłki jest zamieniana na ciepło, gdy uderza o ziemię, a także występuje pewne tarcie między podłogą a piłka).
Jeśli chcesz przeprowadzić eksperyment (możesz zarobić sporo pieniędzy na tej „sztuczce”), spróbuj upuścić piłeczkę golfową i piłeczkę do tenisa stołowego z tej samej wysokości i zobacz, która pierwsza spadnie na ziemię. Oba uderzą w tym samym czasie, ponieważ opór powietrza jest prawie dokładnie taki sam. Innym sposobem jest przeprowadzenie eksperymentu w próżni, choć jest to trudniejsze do skonfigurowania. W takim przypadku możesz upuścić pióro i cegłę, a oba uderzą w ziemię jednocześnie.
To wyjaśnia, dlaczego serw z wysokim podrzuceniem piłki jest bardziej niebezpieczny niż serw rzucony na wysokość zaledwie 6 cali. Energia uzyskana przez wysoki rzut może zostać zamieniona na rotację lub prędkość po uderzeniu rakietą.
E = ½mv2
Ten wzór pokazuje, że im szybciej uderzysz piłkę, tym więcej energii będzie miał strzał. Jeśli masa kija jest duża, spowoduje to również zwiększenie energii w strzale. Dzieje się tak, ponieważ zarówno masa, jak i energia są wprost proporcjonalne do Energii.
Dlaczego piłka 38 mm jest szybsza niż piłka 40 mm?
Ponieważ kulka 38 mm ma mniejszy promień, ma również mniejszą masę, a zatem niższą energię ze względu na równanie E = ½mv2. Powinno to zatem oznaczać, że ogólna prędkość piłki jest mniejsza. ALE kulka 38 mm jest szybsza niż kulka 40 mm, ponieważ wzrost promienia powoduje wzrost oporu wiatru, co spowalnia kulkę 40 mm. Kiedy masz do czynienia z przedmiotami o małej masie, takimi jak piłka do tenisa stołowego, opór powietrza jest głównym czynnikiem spowalniającym ten proces.
I to jest podstawowe wprowadzenie do fizyki tenisa stołowego.
