Все о вращении мяча
Новости/ 20.02.2018 в 19:44 / Admin

Играют в настольный теннис наркоман и алкоголик. Наркоман все время выигрывает. Алкоголик у него спрашивает:

- Почему так? 

Наркоман отвечает: 

- Как почему?! У тебя перед глазами много мячей и все быстро скачут, а у меня один - и летает плавно-плавно.

Вращение мяча играет важную роль в настольном теннисе, поскольку  из-за самого характера игры и используемого спортивного инвентаря (накладок, др.) оно становится неизбежным. Обнаружено, что частота вращения мяча в настольном теннисе меняется от 0 до 140 оборотов в секунду.

Тип удара Частота вращения (1/c)
плоский (drive)  от +20 до +40
завершающий (smash) от 0 до +60
топ-спин (topspin)  от +110 до +140
толчок (push)  от -20 до -60
подрезка (chop)  от -20 до -130

 

Определяющие факторы вращения мяча:

а). Распределение массы мяча и свойства его поверхности. Поскольку шарик внутри полый, подавляющая часть всей массы сосредоточена на его поверхности. Диаметр пластикового мяча для настольного тенниса 40,2 -  мм, его толщина - 0,4 мм, масса - примерно 2,5 г. Если мы возьмем мяч с таким же радиусом, но сплошной, например, шар для гольфа, то заметим, что энергия удара по шару не преобразуется полностью во вращение (в отличии от полого мяча).

б). Поверхность стола оказывает большое влияние на скорость полета и вращение мяча после отскока.

в). Скоростные свойства бензинового (запрещенного) клея, которым приклеиваются накладки.

г). Сопротивление воздуха. Воздух уменьшает частоту вращения мяча. Сопротивление воздуха пропорционально скорости мяча, складывающейся из скоростей поступательного и вращательного движений.

д). Ракетка и взаимодействие мяча с поверхностью накладки. Материал резины и губки накладки (для накладок типа "сэндвич" - прим. перевод.) очень сильно влияет на вращение. При ударе ракеткой по мячу нужно учитывать две особенности, влияющие на полет и вращение мяча:

Скорость вращения мяча пропорциональна силе трения между поверхностью накладки и мячом во время удара.
Энергия удара, получаемая мячом от ракетки, преобразуется в энергию вращательного движения, скорость которого пропорциональна толщине губки и упругости (мягкости) резины.

Так, накладки для ведения атакующей игры благодаря специальной резине способны придавать мячу большое вращение.

е). Точка контакта между мячом и ракеткой, а так же образуемый угол между плоскостью и направлением движения ракетки.

ж). Скорость выполнения удара. Увеличение скорости во время исполнения удара увеличивает скорость вращения мяча.

з). Индивидуальные особенности игры. Возможность придать большее вращение мячу во время вашего удара зависит от того, как закручен мяч вашим противником.

Как же влияет вращение на траекторию полета мяча? Ниже рассмотрены простые его случаи, когда вращение происходит только в вертикальной плоскости, вперед или назад по отношению к направлению полета мяча.

Немного физики

С точки зрения физики, объяснение влияния вращения шарика на траекторию его полета довольно простое. Для этого достаточно школьного курса физики.

Рассмотрим сначала обтекание потоком воздуха... самолетного крыла (правый рисунок, крыло движется слева направо).

Как известно, обычное крыло самолета имеет вогнуто-выпуклый профиль, причем выпуклостью вверх. Воздух, обтекая крыло, разделяется на два потока: надкрыльевой и подкрыльевой (соответсвенно, за кромкой крыла потоки сливаются в один). Так как длина пути по верхнему участку профиля больше чем по нижнему, то скорость надкрыльевого потока должна быть больше, чем подкрыльевого. Из-за этого давление подкрыльевого потока на поверхность крыла оказывается больше, чем надкрыльевого - возникает подъемная сила.

Чем больше разница в скоростях этих двух потоков, тем больше перепад в давлениях, а следовательно, и подъемная сила.

Конечно, это несколько упрощенное объяснение, однако оно помогает понять, что же происходит с вращающимся шариком во время полета.

Заметим также, что поверхность шарика не идельно гладкая, что приводит к возникновению трения между поверхностью шарика и обтекающим его потоком воздуха.

При нижнем вращении все происходит точно так же, как и с крылом.

Участки поверхности шарика, находящиеся внизу, двигаются навстречу набегающему потоку воздуха, из-за чего скорость приповерхностного слоя потока снижается. Наоборот, участки верхней половины шарика двигаются в том же направлении, что и поток, т.е. назад по отношению к направлению движения, из-за этого скорость верхнего приповерхностного слоя потока увеличивается (средний рисунок, шарик движется слева направо). Разность скоростей потоков, обтекающих мяч снизу и сверху, приходит к возникновению подъемной силы.

Кстати, линейная скорость движения точек на поверхности шарика довольна велика: при частоте вращения около 130 оборотов в секунду составляет примерно 15 м/с!

Вспомните, что крыло применяется не только на самолетах, но и на автомобилях, но уже для создания силы, прижимающий автомобиль к дороге! Антикрыло имеет перевернутый профиль, выпуклостью вниз.

Шарик, имеющий верхнее вращение, замедляет приповерхностный слой потока, обтекающего его сверху, и, наоборот, ускоряет нижний слой. Он ведет себя точно также, как и антикрыло, образуя прижимную силу (правый рисунок, шарик движется слева направо).

При отскоке шарика от стола проявляется еще один интересный эффект. Теперь придется вспомнить школьный курс оптики. К счастью, не весь!

При падении луча света на поверхность возникает отраженный луч. Углом падения луча называется угол между этим лучом и перпендикуляром к данной поверхности в точке падения. Соответственно, углом отражения называется угол между отраженным лучом и этим же перпендикуляром. Как известно, угол падения равен углу отражения.

Для шарика можно по аналогии определить углы падения и отражения. Если бы теннисный стол был абсолютно гладким, угол падения и отражения были бы одинаковыми. Однако на самом деле при ударе мяча о стол всегда есть трение, что приводит к изменению соотношения между углами падения и отражения, в зависимости от вращения шарика.

Поверхность стола достаточно гладкая и поэтому этот эффект не очень заметен. Но можно провести опыт, подтверждающий описанное явление.

Поверхность ракетки имеет гораздо большее сцепление с шариком, чем стол (собственно, для этого и нужны накладки). Поэтому легко заметить изменение углов падения и отскока от ракетки.

Для этого положите ракетку горизонтально на стол. Теперь возьмите шарик и кидайте его на ракетку под разными углами. Попробуйте бросить шарик совсем без вращения. Вы увидите, что после отскока он приобретет верхнее вращение, а угол отскока станет больше (шарик будет лететь чуть ниже).

 

Плоский удар

При плоском ударе вращение мяча почти отсутствует. Но мячей совсем без вращения практически не бывает.

Дело в том, что так или иначе, но направление движения ракетки практически никогда не бывает перпендикулярно ее поверхности. Даже небольшого касательного движения ракетки достаточно для придания, пусть и небольшого, но заметного вращения.

Поэтому плоским ударом считают такой удар, при котором частота вращения шарика не превышает примерно 20 оборотов в секунду.

При плоском ударе скорость мяча максимальна, все энергия удара переходит в поступательную энергию движения шарика. После отскока мяч может приобрести несильное верхнее вращение, а угол отскока - увеличиться.

Плоский удар наиболее часто используют при завершении атаки из-за стремительного полета шарика. Другое применение - после сильных мячей с вращением, что часто вынужнает соперника ошибиться.

 

Верхнее вращение

При ударах, придающих мячу вращение, часть энергии удара расходуется на придание шарику поступательного движения, а часть - на придание вращения. Поэтому мячи с вращением обладают меньшей скоростью полета, чем при плоском ударе.

При верхнем вращении траектория мяча отклоняется вниз, и тем существеннее, чем скорость вращения выше. Это приводит к тому, что траектория становится круче, ее длина заметно укорачивается, мяч приземляется ближе к сетке, угол падения становтся меньше, а угол отскока, соответственно, больше.

Для ударов ближе к краю стола необходимо больше открывать ракетку, увеличивая угол удара по мячу.

При выполнении топ-спина большая часть энергии удара переходит во вращение. Ракетка при ударе почти развернута ребром по направлению движения. В момент удара ракетка двигается по касательной к поверхности шарика.

Чем интенсивнее и увереннее удар, тем больше вращение мяча и тем точнее он попадет в стол. Очень крутая траектория позволяет мячу высоко, без ошибок, пролетать над сеткой, но при этом всегда оставаться в пределах стола. Сильное верхнее вращение также затрудняет прием мяча вашиму сопернику: после попытки отражения таких ударов мяч летит за стол.

Подавляющее число атакующих и направленных на немедленный выйгрыш очка ударов в настольном теннисе имеют верхнее вращение.

 

Нижнее вращение

При ударах с нижним вращением траектория мяча удлиняется, мяч как бы парит в воздухе. При падении угол довольно большой, а при отскоке мяч отскакивает выше ожидаемого. При сверхсильном нижнем вращении мяч может подпрыгнуть вертикально или даже обратно, в сторону ударявшего игрока

При ударах с нижним вращением важно помнить, что мяч опускается медленно, поэтому удар следует выполнять на большем расстоянии от стола, чем при плоском ударе или ударе с верхним вращением. Это позволит принимать и отражать мяч при ударе ниже, и также увеличит время, необходимое вам для подготовки.

Кроме этого, чем дольше мяч двигается в воздухе после удара вашего противника, тем больше замедляется как его поступательно движение, так и его вращение.

Нижнее вращение используется в основном игроками защитного плана.

Использование сильного нижнего вращения, с одной стороны, вынуждает вашего противника прилагать максимум усилий для точного отражения мяча через сетку и тратить на это силы, а с другой стороны, позволяет вам находиться дальше от стола и иметь больше времени для подготовки к удару и приему мяча.

by Dimosthenis E. Messinis Ph.D.
Перевод Sleepyhead