乒乓球的弹性怎么回事?
题主的意思是不是指,球在上下跳动的时候,会有向前或者向后的运动趋势(偏转),但是实际测量这个偏转角度却又非常小? 如果是这样的话,很容易理解——乒乓球本质上是一个非常复杂的物理系统,影响其运动的因素有很多,比如球的材质、空气动力学外形、球的重力加速度、发球时的动能传递方向等等。
其中任何一个因素发生变化,都会导致最终的运动轨迹发生相应的变化;而这些因素彼此之间其实是相互影响、相互作用、互为因果的。 所以实际上要分析这个问题是非常困难的,我们只能做一些简化处理之后做近似计算。 而楼上的很多答案都是将问题过于简单化了,没有考虑到一些关键性因素的影响。
我这里有一个自己做的简易模型,可以用来分析单击情况下(不考虑对手回球)乒乓球的运动轨迹。 首先做一个简单的假设:把整个宇宙简化成一个竖直平面,这样就能够用一个统一的坐标系来描述所有可能的路径。 其次再做一个假设:把乒乓球的质量视为无穷大(其实这是为了后面计算方便而采取的一个极端情况,现实中不可能出现质量无穷大的球),那么根据牛顿第二定律,小球将始终处于静止或匀速直线运动状态。 最后做几个必要的前提条件:
1. 不考虑空气阻力(实际上应该考虑摩擦系数,但此处为了简化计可以将摩擦力作为动力的一部分);
2. 每次发球动能相同;
3. 每次发球方向相同且垂直于台面;
4. 球台光滑且无限长。 在上述条件下,对于小球运动的速度方向,有 v=\delta p/m (1) 其中 \delta p 为每次发球对小球增加的动量,也就是球拍对球所做的功。 对于小球的运动路径,有 m\frac{d^2x}{dt^2}=-\mu g(t)(2) 其中 x 为小球位移时间函数,g(t)为重力加速度。 这个方程是一个二阶常系数齐次线性方程,解的形式为 x(t)=A_1\sin(\omega t+\phi_1)+A_2\cos(\omega t+\phi_2) 代入初始条件 \begin{cases} x(0)=0 \\ \frac{dx}{dt}(0)=\pm\sqrt{\delta p^2-4m\omega^2x_0^2}\end{cases} 可解得 A_1=\frac{1}{\sqrt{2}}(3) A_2=0(4) \phi_1=\pm\arctan\frac{\delta p}{2m\omega x_0^2}(5) \phi_2=\pm\pi/2(6) 由(3)~(6)可以确定小球的运动轨迹,把它画出来并描出瞬时速度的切线,就得到了一条近似的小球运动路径,如图下所示。
如果再把空气阻力和球台摩擦力的关系考虑进去,情况就要复杂的多,需要用微积分去求解方程(2),进而得到小球的轨迹。 但是这种情况下,小球最终的轨迹将会是无穷多个,也就是说即使同样发球,也不可能每一次都能把球打到同一个位置。这一点与羽毛球、篮球等球类运动都是截然不同的情况。