產生上旋的奧秘——到底是摩擦力還是偏心碰撞

現在每個人打球都或多或少都帶上旋,只是有的人上旋多一點,有的人上旋少一點罷了。

關於上旋的產生,有兩種觀點,一種認為是偏心碰撞,另一種認為是摩擦力。

偏心碰撞即兩碰撞瞬間,物體甲對物體乙的作用力沒有透過物體乙的質心,在這種情況下,作用力除了讓物體乙加速或者減速,還對物體乙產生了一個轉矩,轉矩會讓物體乙轉動起來。

舉個栗子,你和另一個人插肩而過,兩個人的肩膀碰了一下,這種情況下,作用力沒有透過你倆身體的中軸線,自然也沒透過處在中軸線的重心了,碰撞會讓兩個人的上半身發生大約40度左右的轉動。

產生上旋的奧秘——到底是摩擦力還是偏心碰撞

再舉個栗子,你走在大街上看到根棍子,覺得礙事,便把自己想象成球王貝利,左腿後襬蓄力,卯足了勁兒把自己的左腿向前踢了出去,你的腳尖精確的踢中了木棍的一端,木棍在你大力一腳的神威下,一邊轉動著,一邊向著旁邊的垃圾堆移動。你踢在了木棍的一端,作用力不透過木棍的重心(中心),便會有額外的轉矩,轉矩會讓木棍轉動起來。

當作用力不透過質心,為何會產生轉矩呢?原因如下圖所示:設力F1是球拍對網球的作用力,沒有透過網球的中心,方向斜著向上。此時,如果在網球的中心上新增兩個大小都是F1,方向相反但都平行於F1的兩個力,一個叫F2,一個叫F3。

產生上旋的奧秘——到底是摩擦力還是偏心碰撞

這兩力大小相等,方向相反,作用點重合,所以可以相互抵消,就是加了跟沒加一樣,不改變網球的運動狀態。

現在,把力F1和力F2看做一組,它倆合起來就是力矩,大小等於F1乘以他倆之間的距離d,正是這個力矩,讓網球產生了上旋。

產生上旋的奧秘——到底是摩擦力還是偏心碰撞

撞擊瞬間,如果網球拍對網球的作用力不透過網球的中心,便會產生上旋。

但是,偏心碰撞是怎麼產生的?球拍是個大的面,網球是個小的體,可以看做點。點撞面時,只要點沒有撞在面的中心,都是偏心碰撞。但面撞點時,怎麼撞都透過點的中心,那麼怎麼產生偏心碰撞呢?

球拍和網球碰撞瞬間,鑑於球拍有向上向前的運動速度,球拍向前,網球近乎水平的向後飛來,網球和球拍發生碰撞,這種碰撞讓線床發生了彈性形變,也讓網球發生了彈性形變,彈性變形恢復的過程便產生了彈力,這種彈力正是網球與球拍碰撞後向前飛的原因。

產生上旋的奧秘——到底是摩擦力還是偏心碰撞

網球拍和網球之間的彈力,也是球拍對網球的正壓力。而球拍還有向上的運動,考慮到網球近乎水平的飛行軌跡(不是說網球沒有向上或者向下的運動,但因為網球向上或者向下的運動速度與球拍向上的運動速度太慢了,可以忽略。)球拍相對於網球便有向上的運動,有正壓力,有相對的運動,球拍的線床便會對網球產生向上的摩擦力,網球表面的球毛便起到了增加摩擦力的作用。

向前的彈力加上向上的摩擦力,兩種力合起來便是斜向上的力,即所謂的偏心碰撞。

所以,偏心碰撞產生上旋和摩擦力產生上旋是同一回事兒,這兩種觀點本質上是同一種觀點,但歸根到底,其實是摩擦力產生了上旋。

產生上旋的奧秘——到底是摩擦力還是偏心碰撞

當球拍相對於網球有向下的運動時,便產生向下的摩擦力,產生下旋。

當球拍相對於網球有側向的運動時,便產生側向的向左或者向右的摩擦力,產生左側旋或右側旋。