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群组乒坛动态

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    乒乓球改为大球后的五个变化

    静数秋天 已有 2049 次阅读   2013-11-04 14:08
    教科版高中物理必修一《牛顿第一定律》一节中,在介绍“质量是物体惯性大小的量度”时,举了乒乓球改为大球的例子:乒乓球的直径由以前的38mm改为现在的40mm,质量、体积变大了,使得球速变慢,旋转减缓,增多了比赛的回合,带来了更丰富的技术展现,增添了比赛的观赏性。但是教材中并没有提供相关的数据,也没有相关的解释。
        1、质量变大:乒乓球改为大球,球壳的厚度和材料种类并没有改变。由球的体积公式V=4/3・πr3,可知乒乓球的球壳体积是4/3・π(r
    外3-r
        内3
    ),再由公式 ρ=m/V即可求出乒乓球的质量。但由于乒乓球的球壳较薄,球壳厚度与内半径、外半径相差都比较大,可以简化为薄板状物体模型进行估算。由球的表面积公式S=4πr2、公式ρ=m/V和V=Sh,可得乒乓球的球壳质量是 m=4πρhr2(其中h=r

    -r

    是乒乓球的球壳厚度)。带
    入以前半径 r
    1
    =19mm和现在半径
    r
    2
    =20mm ,可知:乒乓球改为大球后质量是以前的400/361≈10/9,质量比以前的变大了1/9。
        2、体积变大:根据球的体积公式V=4/3・πr3,带入以前半径r
    1
    =19mm
    和现在半径r
    2
    =20mm ,可知:乒乓球改 为 大 球 后 体 积 是 以 前 的8000/6859≈8/7,体积比以前的变大了1/7。
        3、速度变慢:当球拍击打乒乓球时,球拍对乒乓球有力F的作用(可以认为是恒力),持续时间为t(很短)。球拍对乒乓球有冲量I=Ft,乒乓球的动量变化量△p=m(v
    2
    -m
    1
    )=m△v。根据动量定理可知:如作用力F和时间t都相同时,由于乒乓球改为大球后的质量是以前的10/9,其速度变化量就是以前的9/10。以水平击球为例(作用力F和时间t都相同),当水平飞来的初速度都是4m/s时,如改为大球前被击打后水平飞去的速度是6m/s;而改为大球后被相同击打后水平飞去的速度只有5m/s。可见,乒乓球改为大球后球速会变慢。
        4、旋转减缓:乒乓球改为大球后,质量是以前的10/9,半径由19mm变为20mm ,根据对任意直径的薄球壳的转动惯量公式I=2/3・MR2(其中R是薄球壳的半径)可知:乒乓球改为大球后转动惯量大约是以前的5/4,转动惯量比以前的变大了1/4。在使乒乓球旋转时,作用在乒乓球上的摩擦力f大小相同但作用半径(即力臂)不同,根据对转动的牛顿第二定律Fr=Iα ,代入以前半径r
    1
    =19mm和
    现在半径r
    2
    =20mm ,可知:乒乓球改为大球后角加速度α 是以前的16/19。由于作用的时间t很短,可以简化为恒定角加速度运动处理,根据w=w
    0
        +α t可知:在摩擦力f、时间t都相同时,如初角速度 w
    0
    =0,乒乓球改为大球后获得的角速度w是以前的16/19。可见,乒乓球改为大球后旋转会减缓。
        5、受到的空气阻力变大:当乒乓球在空气中飞行时,由于乒乓球不是像标枪那样细尖的物体,飞行速度又较快(使乒乓球后的空气形成许多旋涡),要受到阻碍相对运动的曳力。乒乓球改为大球后,半径由以前的19mm变为现在的20mm ,可知横截面积 S=πr2是以前的 400/361≈10/9,比以前的变大了1/9。根据曳力经验公式D=CρAv2(其中A是有效横截面积)可知:在空气密度、乒乓球运动速度都相同的情况下,乒乓球改为大球后受到的曳力是以前的10/9,受到的空气阻力比以前的变大了1/9。
    (来源:江南晚报)
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  • 柳金 2013-11-04 14:37
    乒乓球的旋转再弱点,尤其在发球上加以限制的话,观赏性会更强。
  • 清爽 2013-11-05 08:07
    科学还是娱乐都不重要,对个人球技提高没有任何用处,哈哈
  • 满天星 2013-11-13 09:58
    球变大了,除了在真空以外,阻力变大是感受和经验的混合体。
  • 杜风光 2013-11-21 22:08
    乒乓球要更具观赏性,适应转播的需要,可能需要球更大一些、更醒目一些(色彩),旋转弱一些。
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