庄则栋“加速制动”技术的力学原理
发布时间:2020-05-14
发布时间:2020-05-14
同一座山,横看成岭侧成峰,远近高低各不同。各有各的视角,各有各的美。欲识内在美,须入此山中。当你置身于庐山三叠泉瀑布下的龙潭池边,看见飞流直下撞击岩石的瞬间,重力加速度似乎突然制动消失,出现银河坠天、浪花腾翻的奇异景象,你一定会感到飞瀑突变带来的心灵震撼,惊叹大自然造化的动态美。
好像飞瀑撞石的自然奇观,“加速制动”技术发明者
1. 动量变化的效果
“加速制动”与 “制动加速”的共同特点是把人击球的动量变化增量极限化。从动量定理(dp = F dt)可知,动量增量叫冲量,动量变化过程中产生的力叫冲力,这个冲力随着冲量增大而增大,而且也随动量变化的时间缩短而增大。在动量变化的过程中,冲力是这个变化的效果之一,同时还产生另外两种容易被忽视的效果:力臂和力矩。通常人用球拍击球时,用力方向多偏离球心,而且会在球表面上产生不同程度的摩擦。根据力向一点平移定理(FB =FA,M = MB(FA)= rBA ´ FA )作用到球上的一个力平移摩擦后附加了一个力偶。由力和力偶矩分别产生平动和转动的两种运动效应,使球边前进边旋转地运动。因此,乒乓球运动的动力来源于动量变化。当你具备了这一动力源,在旋转的乒乓世界里,怎样驾驭旋转呢?
对于“加速制动”过程中的相互作用力,庄则栋还是运动员的时候已经体悟到“加速是一个力,制动是另一个力,而且是相反的作用力。”现在可以从他的一张正手攻球照片上看到,他右手向左前方挥去,左手反向转到右腋下面。这种非同常人的击球姿势,表现出了由剪切力产生力偶矩效应的生动形象。如果把这张照面与徐寅生自传《我与乒乓球》一书封面上反手攻球的照片相对比,将会发现这两位著名乒乓球大师击球姿势的美妙。虽然他们分别是正反手、内外旋、方向不一样,可是他们的姿态却具有相同的不变的内涵。只是一个正手内旋,轴在前胸;另一个反手外旋,轴在后脊,而他们两人不同外形的相同内涵就是身体转动的力偶矩。
力偶矩(M = rBA ´ F)是描述转动效应量度的概念,一种容易体验的方法是,在驾车过程中用双手转动方向盘控制方向。人开车要靠加速、制动和方向盘,而打球要靠加速、制动和力偶矩。前者三要素必须分离控制,而后者却要融为一体。打球“加速制动”时,由于力偶与力臂的相互作用,在轴向上产生力偶矩,同时在力臂载体上显现出转动效应。从物理本质上讲,打球是把人体力偶矩做功的能量通过拍与球的作用,利用撞击和摩擦方式传递到球上,最后表现出球的平动和转动效应。
乒乓球运动来源于网球运动。从人体动力学和运动学原理看,它与太极拳运动更为相似。这两种外观截然不同形式的运动,却都属于由力偶矩(力矩、动量矩)所决定的圆(混圆、螺旋)运动。一般平动由力产生,而在转动中,力矩的概念占据着关键的主导地位。
力偶矩就是力矩,只是力偶产生的力矩。对于控制球的旋转来说,它是一个看不见的法宝。为了形象描述、理解和应用它,我们不妨把“加速”和“制动”这两种相反的、围绕同一轴心相互作用的力,比喻成两条连续环游、转成一团的黑鱼和白鱼。用负阴而抱阳的太极图像表示力偶矩,可以清晰地看到一个太极乒乓的形象。它的静态形象可隐喻力偶矩的元素含义,而动态形象则反映力矩做功的过程和效能。从动力学角度看,
关于连续性的问题,庄则栋先生一直强调用“加速制动”打球,击球的准备时间,自己多了,而对手少了。不仅能快一板,而且能连续地快。国家队李晓东教练尤其重视连续性,曾提出“先发动、先下手、抢时空”,一板球与下一板球之间的衔接,环环相扣,行云流水,流畅自如。这样的连续性,能达什么境界?乒乓精英们用体语的回答,留下了历史记录:著名世界冠军郭跃华为了提高攻球命中率,与同伴训练对攻,龙腾虎跃,连续对攻,一个球整整打了两个小时;夺得世界冠军数目和种类最多的王楠,打小就打下了好基础。有一次与队友练习正手对攻,一次性连续打了4800板。四千八百板,板板乒乓响。一曲交响乐,人球共振荡。“长时间的、激动人心的来回往复,伴随着不同的旋转与各种精彩技术的组合 ----这就是我眼中的乒乓艺术。”这是世界乒坛常青树、艺术殿堂上传奇人物老瓦的心声。
在多彩的大千世界里,绘画大师达芬奇曾在研究力的平衡时提出了重要的力矩概念,乒乓球大师庄则栋发明了具有如虎添翼威力的“加速制动”技术。在这两种发明之间偶尔显出一种内在联系: 前者寓于后者,而后者基于前者。二者联系的形象模式,好像庐山飞瀑落地成河,刹那间水流转变了方向,从垂直转变为水平,形成了一个直角尺形的偃矩。关于曲直形态的变换,我国古代的商高归结为:“圆出于方,方出于矩”。这个矩是看得见的几何形状,而力矩则是看不见的旋转动力因。如果你用心感知一项运动的外形和内因,并且沿着它的轨迹控制好力、力矩和力矩做功,或许当你陶醉于运动过程的时候,已经进入了一种美妙的境界。
上一篇:拉弧圈先收臂还是先触球