Podstawowa fizyka i matematyka tenisa stołowego

Moje podziękowania dla autora Jonathana Robertsa, który uprzejmie poświęcił czas na napisanie o fizyce tenisa stołowego, oszczędzając mi potrzebę obciążenia mojego mózgu, próbując to wymyślić!

Po pierwsze, bardzo krótkie wprowadzenie do matematyki używanej do opisania tenisa stołowego. Istnieje garść formuł, które są używane, które w swojej monumentalnej pracy człowiek zwany Sir Isaac Newton Philosophae Naturalis Principia Mathematica. Nawiasem mówiąc, praca ta jest ogólnie uważana za najważniejsze dzieło, jakie kiedykolwiek napisano w historii nauki, i uważam Newtona za największego naukowca, jakiego kiedykolwiek żył.

Dokładnie wyjaśnia, w jaki sposób obiekty przechodzą ze skali obiektów międzygwiezdnych (galaktyki, gwiazdy, planety, poważnie duże rzeczy itp.), do rzeczy w skali około 1000. milimetra lub 1 mikrona. Następnie ten model wszechświata zaczyna się rozpadać i musisz przejść do teorii kwantowej i teorii względności, która obejmuje przerażanie matematyki i fizyki do użycia.

W każdym razie to fizyka i matematyka tenisa stołowego we wszechświecie Newtonian.

Podstawowe formuły do ​​użycia tutaj to:
P = w ÷ t
W = fs
F = ma
a = (v - u) ÷ t UWAGA: Zwykle jest to przełożone na v = u w
T = RF
Uwaga: Gdy obok siebie są dwa litery, oznacza to mnożenie. To jest prawidłowe notacja. Weź przykład drugą formułę jako przykład, W = fs Jest to wyrażone jako W = f pomnożone przez S Lub W = f x s.

Gdzie:
P = moc (ilość zastosowanego oomph)
W = praca (ilość zużywanej energii)
t = czas (czas stosuje się moc)
F = siła (w zasadzie ilość chrząknięcia, jaką ma strzał. Podobne do P, ale subtelnie inne)
S = przemieszczenie (zasadniczo przekłada się to na odległość, z wyjątkiem w określonych okolicznościach)
M = masa (waga kulki, ustalona na 2.7G)
a = przyspieszenie (zmiana prędkości w danym okresie)
v = prędkość (prędkość strzału)
u = prędkość początkowa (jak szybko uderza w ciebie piłkę)
T = moment obrotowy (ilość nakładanej siły obrotowej)
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. czas w strzale odnosi się do czasu, w którym piłka jest w kontakcie z rakietą, która jest ustalona na około 0.003 sekundy. Dlatego w celu zwiększenia Praca Zrobione, należy zbadać drugie równanie:

W = fs

Jeśli ilość Siła jest zwiększony, potem Praca Współczynnik jest zwiększony. Innym sposobem jest zwiększenie Przemieszczenie, ale nie można tego zrobić, ponieważ długość stołu jest ustalona (technicznie, lobbowanie lub zapętlanie piłki zwiększy Praca gotowe, ponieważ piłka musi pokryć większą odległość niż piłka, która ledwo usuwa siatkę). W celu zwiększenia Siła, Trzecie równanie należy zbadać.

F = ma

Aby zwiększyć Siła, Masa piłki należy zwiększyć, co jest niemożliwe lub Przyśpieszenie należy zwiększyć. Aby zwiększyć przyśpieszenie, Analizujemy piąte równanie.

a = (v - u) ÷ t

Wynik obliczeń między nawiasami musi być najpierw obliczony (to prawo matematyczne). Dlatego chcesz zmaksymalizować przyśpieszenie, zminimalizować prędkość początkowa. Aby zmaksymalizować prędkość, Musisz uderzyć piłkę tak mocno, jak to możliwe. prędkość początkowa jest czymś, nad czym nie masz kontroli, ponieważ jest to trudne opozycje uderza w ciebie piłkę. Jednak jako prędkość początkowa zbliża się do ciebie, jego wartość jest ujemna. Więc jest to faktycznie dodane do twojego prędkość, jako odejmowanie liczby ujemnej oznacza, że ​​dodajesz dwa terminy (inne prawo matematyczne). czas pozostaje naprawiona z tego powodu wyjaśnionego powyżej.

Dlatego to pokazuje, dlaczego im mocniej uderzysz w piłkę, tym więcej Moc to będzie mieć.

Ale prędkość to nie wszystko w tenisa stołowego. Jest spin, który zostanie teraz omówiony.

Szybkość reakcji w tenisie stołowym

Z biologicznego punktu widzenia istnieją ograniczenia do tego, jak szybko ciało może zareagować na bodziec. Istnieje różnica w tym czasie między bodźcem audio a bodźcem wizualnym. Technicznie reagujemy szybciej na bodziec audio niż bodziec wzrokowy, 0.14 sekundy w porównaniu z 0.18 odpowiednio sekundy. Dlatego jeśli możesz wypracować wszystko o strzale, którego potrzebujesz, słysząc, jak uderz rakietę, masz 0.04 lub cztery setne sekundy szybciej niż ktokolwiek inny, kto kiedykolwiek grał w tenis stołowy.

Dobrzy gracze (nawet przeciętni gracze, tacy jak ja) mogą nadal wydedukować wiele z tego, co robi opozycja, po prostu słuchając hałasu, jaki robi piłka, gdy kontaktuje się z nietoperzem. Na przykład szczotkowanie piłki na nietoperze mówi, że spin został postawiony na piłkę, uderzenie w pętlę da ten efekt. Ostrzejsza „Pock” powie ci, że piłka została uderzona dość solidnie, a także powie, że używają cienkiej gumy. Oczywiście legalne jest proszenie o postrzeganie nietoperza opozycji, więc słuchanie hałasu, aby powiedzieć, jaką gumę grubości jest po prostu czymś, co można zrobić.

Niektórzy mówią, że kiedy piłka uderza w stół, mogą stwierdzić, czy piłka jest obrócona, czy pod obrotem. Osobiście nie mogę, ale nie zaskoczyłoby mnie, że elitarni gracze mogą.

W tenisa stołowego średni całkowity czas reakcji na strzał wynosi zwykle około 0.25 sekundy. Przy wielu szkoleniach i dużej praktyce można to zmniejszyć do 0.18 sekundy. Jest to jeden z największych czynników w tym, co oddziela wielkie tenisa stołowe, od najlepszych graczy klasy A. W elitarnych poziomach sportu, nawet najmniejszy ułamek sekundy (1/1000th) szybciej zaczyna robić różnicę.

Moment obrotowy w tenisie stołowym

T = RF
Moment obrotowy jest siłą, która występuje, gdy jest nakładana pod kątem wokół ustalonego punktu. To zwykle jest okrąg. Istnieje kilka miejsc, w których widziałem moment obrotowy w tenisa stołowego. Niektóre wspólne miejsca to:

1. Maksymalizacja obrotu piłki. Czyniąc to kula (kulka) jest obracana około punktu w niej. Oznacza to, że im szybciej piłka obraca się, tym wyżej Moment obrotowy.
2. Odwijanie ciała podczas gry potężnego strzału, takiego jak rozbicie. Odprężasz biodra, potem tułów, a potem ramiona, górne ramię, dolne ramię i wreszcie nadgarstek. To zwiększa Promień huśtawki. Uderzenie w piłkę w kierunku zewnętrznej krawędzi rakiety również zwiększy promień. Nie wiem, czy jest to używane w grze, ponieważ robienie tego oznaczałoby, że piłka uderza w rakietę poza słodkim punktem i powoduje utratę kontroli.
3. Podczas serwowania wahadłowca w formie jednej technika jest oszukanie przeciwnika poprzez minimalizowanie ilości obrotu na piłkę. Odbywa się to poprzez kontakt z piłką blisko uchwytu, minimalizując w ten sposób Promień huśtawki.

Techniczne uderzenie w piłkę mocniej (z większą prędkością) również zwiększa moment obrotowy, ponieważ ten wzrost prędkości powoduje bezpośredni wzrost przyspieszenia piłki. Jak F = ma, wzrost w A prowadzi do bezpośredniego wzrostu F, co z kolei prowadzi do bezpośredniego wzrostu Moment obrotowy.

I.mi.
A = (v - u)/t
F = mA
T = rF

Energia
Nie można zaobserwować energii. Można zaobserwować tylko wyniki energii. To znaczy, gdy piłka jest mocno uderzona, obserwujesz przeniesienie energii z ciała gracza na piłkę, aby spowodować ten strzał, a nie sama energia.

Energia jest opisana w dwóch formach (ignorowanie uderzenia innych form, które bez wyjątkowo technicznego chemii i fizyki jądrowej wykracza poza zakres tego artykułu). Są to energia potencjalna i energia kinetyczna.

Zastosowane formuły to:

Energia potencjalna: E = mgh
Energia kinetyczna: E = ½Mv2

Gdzie

E = energia
M = masa
g = przyspieszenie z powodu grawitacji (9.81001 MS-2 do 5 miejsc dziesiętnych, jeśli musisz wiedzieć)
H = Wysokość obiektu
v = prędkość

E = mgh
Jest to reprezentacja energii potencjalnej. To reprezentuje zdolność przedmiotowego obiektu do wykorzystywania energii. Na przykład, jeśli piłka tenisowa stołowa była w dłoni i szybko zdejmiesz dłoń, piłka zacznie spadać (z powodu grawitacji). Gdy to się dzieje, energia potencjalna piłki zaczyna być przekształcana w energię kinetyczną. Kiedy uderza w ziemię, energia kinetyczna zaczyna się zmieniać w energię potencjalną, dopóki piłka nie osiągnie szczytu odbicia i znów zacznie spadać.

Teoretycznie powinno to trwać wiecznie, ponieważ energii nie można stworzyć ani zniszczyć (z wyjątkiem reakcji jądrowej, która obejmuje prawdopodobnie najsłynniejsze równanie nauki: E = MC2). Powodem, dla którego nie trwa wiecznie, jest odporność na powietrze, w postaci tarcia, oraz fakt, że zderzenie piłki i ziemi nie jest idealnie elastyczne (część energii kinetycznej piłki jest przekształcana w ciepło, kiedy, kiedy, kiedy ogrzewanie, kiedy Wpływa na ziemię, a między podłogą a piłką jest też trochę tarcia).

Jeśli chcesz przeprowadzić eksperyment (możesz zarobić sporo pieniędzy z tej „sztuczki”), spróbuj upuścić piłkę golfową i piłkę do tenisa stołowego z tej samej wysokości i zobacz, która najpierw uderza w ziemię. Oba uderzą w tym samym czasie, ponieważ opór z powodu powietrza jest prawie dokładnie równy. Innym sposobem jest wykonanie eksperymentu w próżni, choć jest to trudniejsze do skonfigurowania. W takim przypadku możesz upuścić pióro i cegłę, a oboje uderzą w ziemię jednocześnie.

To wyjaśnia, dlaczego serwowanie z wysokim rzutem kulowym jest bardziej niebezpieczne niż jeden rzucony tylko 6 cali. Energia uzyskana przez wysoki wrzucenie można przekształcić w spin lub prędkość po uderzeniu przez rakietę.

E = ½Mv2
Ta formuła pokazuje, że im szybciej uderzysz w piłkę, tym więcej energii będzie miał strzał. Jeśli masa nietoperza jest wysoka, spowoduje to również więcej energii w ujęciu. Wynika to z faktu, że oba warunki masy i energii są bezpośrednio proporcjonalne do energii.

Dlaczego piłka 38 mm jest szybsza niż piłka 40 mm?

Ponieważ kula 38 mm ma mniejszy promień, ma również niższą masę, a zatem niższą energię z powodu równania E = ½Mv2. Powinno to zatem oznaczać, że ogólna prędkość piłki jest niższa. Ale kula 38 mm jest szybsza niż piłka 40 mm, ponieważ wzrost promienia powoduje wzrost odporności na wiatr, spowalniając w ten sposób kulkę 40 mm. Kiedy radzisz sobie z obiektami o niskiej masie, takich jak piłka tenisowa stołowa, odporność na powietrze jest głównym czynnikiem w spowolnieniu.

I to jest podstawowe wprowadzenie do fizyki tenisa stołowego.