Ďakujem hosťujúcemu autorovi Jonathanovi Robertsovi, ktorý si láskavo našiel čas a napísal o fyzike stolného tenisu, čím mi ušetril potrebu namáhať môj mozog pri pokusoch o to, aby som na to prišiel!
Po prvé, veľmi stručný úvod do matematiky, ktorá sa používa na opis stolného tenisu. Používa sa niekoľko vzorcov, ktoré muž menom Sir Isaac Newton odvodil vo svojom monumentálnom diele. Philosophae Naturalis Principia Mathematica. Mimochodom, toto dielo je všeobecne považované za jediné najdôležitejšie dielo, aké kedy bolo napísané v dejinách vedy, a Newtona považujem za najväčšieho vedca, akého kedy žil.
Presne vysvetľuje, ako sa objekty pohybujú z mierky medzihviezdnych objektov (galaxie, hviezdy, planéty, VÁŽNE VEĽKÉ VECI atď.), až po veci v mierke približne 1000 milimetra alebo 1 mikrón. Potom sa tento model vesmíru začne rúcať a musíte prejsť na kvantovú teóriu a teóriu relativity, ktorá zahŕňa STRAŠUJÚCE použitie matematiky a fyziky.
Každopádne, toto je Fyzika a matematika stolného tenisu v Newtonskom vesmíre.
Základné vzorce, ktoré sa tu majú použiť, sú:
P = W÷t
W = Fs
F = ma
a = (v - u)÷t Poznámka: Toto sa zvyčajne preusporiadava na v = u at
T = rF
Poznámka: Keď sú dve písmená vedľa seba, znamená to násobenie. Toto je správny zápis. Vezmite si druhý vzorec ako príklad, W = Fs Toto je vyjadrené ako W = F vynásobeny s alebo W = F x s.
Kde:
P = výkon (množstvo fúkania, ktoré sa aplikuje)
W = práca (množstvo spotrebovanej energie)
t = Čas (Dĺžka času, na ktorý je výkon aplikovaný)
F = sila (v podstate miera grcania, ktorú má strela. Podobné ako P, ale jemne odlišné)
s = posunutie (to v podstate znamená vzdialenosť, s výnimkou určitých okolností)
m = hmotnosť (hmotnosť lopty, stanovená na 2,7 g)
a = zrýchlenie (zmena rýchlosti za dané časové obdobie)
v = rýchlosť (rýchlosť strely)
u = počiatočná rýchlosť (ako rýchlo vás loptička zasiahne)
T = krútiaci moment (veľa sily otáčania, ktorá sa použije)
r = Polomer (dĺžka od stredu kruhu po obvod.)
P = W÷t
Aby ste získali viac moc vo svojich záberoch musíte urobiť viac práca alebo brať menej čas vo vašich záberoch. The čas v údere označuje čas, keď je loptička v kontakte s raketou, ktorý je pevne stanovený na približne 0,003 sekundy. Preto s cieľom zvýšiť Práca hotovo, musí sa preskúmať druhá rovnica:
W = Fs
Ak množstvo sila je zvýšená, potom Práca koeficient sa zvyšuje. Ďalším spôsobom je zvýšenie Výtlak, ale to sa nedá urobiť, pretože dĺžka tabuľky je pevná (technicky, lobovanie alebo slučka loptu zvýši Práca hotovo, pretože lopta musí prekonať väčšiu vzdialenosť ako lopta, ktorá sotva vyčistí sieť). S cieľom zvýšiť sila, treba preskúmať tretiu rovnicu.
F = ma
S cieľom zvýšiť sila, omša gule je potrebné zvýšiť, čo je nemožné, alebo Zrýchlenie je potrebné zvýšiť. S cieľom zvýšiť zrýchlenieanalyzujeme piatu rovnicu.
a = (v - u)÷t
Výsledok výpočtu medzi zátvorkami treba vypočítať ako prvý (je to matematický zákon). Preto chcete maximalizovať zrýchlenie, minimalizovať počiatočná rýchlosť. S cieľom maximalizovať rýchlosť, musíte trafiť loptu tak silno, ako len viete. The počiatočná rýchlosť je niečo, nad čím nemáte kontrolu, pretože ide o to, ako tvrdo na vás súper udrie loptu. Avšak, ako počiatočná rýchlosť prichádza k vám, jeho hodnota je záporná. Takže je vlastne pridaný k vášmu rýchlosť, keďže odčítanie záporného čísla v skutočnosti znamená, že sčítate dva výrazy (ďalší matematický zákon). The čas zostáva nemenná z vyššie uvedeného dôvodu.
Preto to ukazuje, prečo čím silnejšie zasiahnete loptu, tým viac Moc bude mať.
Rýchlosť však nie je v stolnom tenise všetko. Existuje rotácia, o ktorej sa teraz bude diskutovať.
Rýchlosť reakcie v stolnom tenise
Z biologického hľadiska existujú limity, ako rýchlo môže telo reagovať na podnet. V tomto čase je rozdiel medzi zvukovým a vizuálnym podnetom. Technicky reagujeme rýchlejšie na zvukový stimul ako na vizuálny stimul, 0,14 sekundy v porovnaní s 0,18 sekundy. Preto, ak dokážete zistiť VŠETKO o údere, ktorý potrebujete, len tým, že budete počuť úder do rakety, ste o 0,04 alebo štyri stotiny sekundy rýchlejší ako ktokoľvek iný, kto kedy hral stolný tenis predtým.
Dobrí hráči (dokonca aj priemerní hráči ako ja) môžu stále veľa odvodiť z toho, čo robí súper, jednoducho počúvaním hluku, ktorý loptička vydáva, keď sa dotkne pálky. Napríklad šum loptičky na pálke vám povie, že loptička sa roztočila, úder do slučky spôsobí tento efekt. Ostrejšie „šťuchnutie“ vám povie, že loptička bola zasiahnutá celkom solídne, a tiež vám povie, že používajú tenkú gumu. Je, samozrejme, legálne požiadať o zobrazenie opozičného netopiera, takže počúvať hluk, aby ste zistili, aká hrúbka gumy sa používa, je len niečo, čo sa dá urobiť.
Niektorí ľudia hovoria, že keď loptička udrie do stola, vedia zistiť, či je loptička točená zhora alebo podtočená. Ja osobne nemôžem, ale neprekvapilo by ma, že elitní hráči môžu.
V stolnom tenise je priemerný celkový čas reakcie na výstrel zvyčajne okolo 0,25 sekundy. S množstvom tréningu a množstvom praxe sa to dá skrátiť na 0,18 sekundy. Toto je jeden z hlavných faktorov, ktorý odlišuje velikánov stolného tenisu od špičkových hráčov A. Na elitných úrovniach športu začína byť rozdielom aj to, že je rýchlejší o najmenší zlomok sekundy (1/1000-tiny).
Krútiaci moment v stolnom tenise
T = rF
Krútiaci moment je sila, ktorá vzniká, keď pôsobí pod uhlom okolo pevného bodu. Toto je zvyčajne kruh. Existuje niekoľko miest, ktoré som videl použiť Torque v stolnom tenise. Niektoré bežné miesta sú:
- Maximalizácia rotácie lopty. Týmto spôsobom sa guľa (guľa) otočí okolo bodu vo vnútri. To znamená, že čím rýchlejšie sa loptička točí, tým vyššie Krútiaci moment.
- Odvíjanie tela pri hraní silnej strely ako napr rozbiť. Uvoľníte boky, potom trup, potom ramená, nadlaktie, podlaktie a nakoniec zápästie. Toto zvyšuje Polomer z hojdačky. Zasiahnutím loptičky smerom k vonkajšiemu okraju rakety sa tiež zväčší polomer. Neviem, či sa to používa v hre, pretože by to znamenalo, že loptička udrie do rakety mimo sweet spotu a spôsobí stratu kontroly.
- Pri podávaní a forhendové kyvadlové podanieJednou z techník je oklamať súpera minimalizovaním rotácie lopty. To sa dosiahne dotykom lopty v blízkosti rukoväte, čím sa minimalizuje Polomer z hojdačky.
Technický úder do lopty tvrdšie (s vyššou rýchlosťou) tiež zvyšuje krútiaci moment, pretože toto zvýšenie rýchlosti má za následok priame zvýšenie zrýchlenia lopty. Ako F = ma, zvýšenie v a vedie k priamemu zvýšeniu F, čo následne vedie k priamemu zvýšeniu v Krútiaci moment.
t.j.
a = (v - u)/t
F = ma
T = rF
Energia
Energia sa nedá pozorovať. Pozorovať možno len výsledky Energy. To znamená, že keď je loptička silne zasiahnutá, pozorujete prenos energie z tela hráča do lopty, ktorá spôsobí túto strelu, nie energiu samotnú.
Energia je opísaná v dvoch formách (ignorujúc množstvo iných foriem, ktoré bez toho, aby boli extrémne technické v chémii a jadrovej fyzike, presahujú rámec tohto článku). Ide o potenciálnu energiu a kinetickú energiu.
Použité vzorce sú:
Potenciálna energia: E = mgh
Kinetická energia: E = ½ mv2
kde.
E = energia
m = hmotnosť
g = zrýchlenie spôsobené gravitáciou (9,81001 ms-2 až 5 desatinných miest, ak to musíte vedieť)
h = výška objektu
v = Rýchlosť.
E = mgh
Toto je reprezentácia potenciálnej energie. To predstavuje schopnosť predmetného objektu využívať energiu. Napríklad, ak by ste mali v ruke loptičku na stolný tenis a rýchlo ju sňali, loptička by začala padať (v dôsledku gravitácie). Keď k tomu dôjde, potenciálna energia lopty sa začne premieňať na kinetickú energiu. Keď loptička dopadne na zem, kinetická energia sa začne meniť späť na potenciálnu energiu, až kým loptička nedosiahne vrchol svojho odrazu, a začne opäť padať.
Teoreticky by to malo pokračovať navždy, pretože energiu nemožno vytvoriť ani zničiť (okrem jadrovej reakcie, ktorá zahŕňa pravdepodobne najslávnejšiu rovnicu vedy: E = mc2). Dôvodom, prečo to nepokračuje navždy, je odpor vzduchu vo forme trenia a skutočnosť, že kolízia lopty a zeme nie je dokonale elastická (časť kinetickej energie lopty sa pri dopade na zem premení na teplo a tiež dochádza k určitému treniu medzi podlahou a loptička).
Ak chcete uskutočniť experiment (na tomto „triku“ môžete zarobiť dosť peňazí), skúste zhodiť golfovú loptičku a loptičku na stolný tenis z rovnakej výšky a uvidíte, ktorá dopadne na zem ako prvá. Oba zasiahnu súčasne, pretože odpor vzduchu je takmer presne rovnaký. Ďalším spôsobom je vykonať experiment vo vákuu, aj keď je to ťažšie na nastavenie. V takom prípade môžete pustiť pierko a tehlu a obe narazia na zem.
To vysvetľuje, prečo je podanie s vysokým hodom loptičky nebezpečnejšie ako podanie hodené iba 6 palcov vysoko. Energiu získanú vysokým hodom možno pri údere raketou premeniť na rotáciu alebo rýchlosť.
E = ½ mv2
Tento vzorec ukazuje, že čím rýchlejšie odpálite loptu, tým viac energie bude mať strela. Ak je hmotnosť netopiera vysoká, bude to mať za následok aj viac energie pri výstrele. Je to preto, že hmotnostné a energetické pojmy sú priamo úmerné energii.
Prečo je 38 mm guľa rýchlejšia ako 40 mm gulička?
Keďže 38 mm gulička má menší polomer, má tiež nižšiu hmotnosť, a teda nižšiu energiu vďaka rovnici E = ½ mv2. To by teda malo znamenať, že celková rýchlosť lopty je nižšia. ALE 38 mm guľa je rýchlejšia ako 40 mm gulička, pretože zväčšenie polomeru má za následok zvýšenie odporu vetra, čím sa 40 mm gulička spomalí. Keď sa zaoberáte predmetmi nízkej hmotnosti, ako je loptička na stolný tenis, odpor vzduchu je hlavným faktorom, ktorý to spomaľuje.
A to je základný úvod do fyziky stolného tenisu.
