中国女排提前夺冠朱婷手里的球都经历了什么

出品：科普我国

制造：关西科健 可可

监制：我国科学院计算机网络信息中心

9月28日，我国女排在日本大阪以3:0的比分打败了塞尔维亚队，提早一轮斩获2019年女排国际杯冠军。这场成功是我国队在本届杯赛中取得的接连第十场成功，假如能在下场竞赛中打败终究一个对手阿根廷，我国队将以全胜战绩登上冠军领奖台。

因为很好地结合了力气，合作，技巧等要素，女排竞赛历来不乏观赏性。我国女排多次赢下重量级国际冠军自然是鼓舞人心。那么，在排球竞赛中，究竟是什么要素决议了排球的运动轨道，这背面都有哪些物理规则？

我国女排登顶瞬间，来历：新浪体育

https://sports.sina.com.cn/zt_d/worldcup2019/

抱负景象下的排球飞翔规则

排球竞赛中，无论是凶恶的扣杀仍是潇洒的发球，都离不开施加在排球上的力。虽然在咱们的日子中“力”是一种习以为常的存在，但是细心想想其实“力”的概念十分笼统。笼统的原因就在于，咱们谁也没有见过“力”这种事物自身，而只能经过力施加在物体上后发作的作用来直接感受力的存在。

我国女排出征本届杯赛的16人名单，来历：维基百科

力作用在物体上之后，首要会发生以下三种作用，让物体变形，给予物体支撑，改动物体的运动状况（方向和速度）。假如不向物体施加力的作用，停止的物体将会一向停止，而运动物体将保持匀速直线运动。显着，关于排球来说，力的作用首要是第一种和第三种。

此外，大体上来说，依据作用方式，力大致能够分为两种，分别是触摸作用力和非触摸作用力。以排球为例，击球瞬间选手将向球施加触摸作用力，而球飞翔过程中，则将只遭到重力的非触摸作用。在这里，咱们疏忽了空气阻力对排球飞翔的影响，实践上，排球飞翔道路的改变正是由空气阻力构成，咱们后边再具体说明。

图片来历：Freepik.com

假定不考虑空气阻力，排球选手发球时，球在空中水平方向大将呈现匀速直线运动；而竖直方向上球将做自由落体运动，上升时缓慢减速，下降时逐步加快，整体轨道呈现抱负的抛物线形状。

咱们假定某位选手先后在同一方位发出了两种球，两球的飞翔最高点都为3米，一种落在前场，另一种落在底线邻近。那么，哪种球将首先落地呢？

答案是一起落地！假定空气阻力不存在的前提下，排球在竖直方向上的运动时刻仅由其在竖直方向上所到达的极点高度有关，与水平初速无关，与运动物体的质量相同无关。与之相似，到达相同弹跳高度的两位排球选手，不管体重怎么，终究都将取得相同的滞空时刻。

再来举个愈加实践的比如，发网前球和后场球哪个相对愈加难以防卫呢？一般来说，网前球因为要绕过网，极点需求更高，才干尽或许确保球不被捕。而后场球则常常是贴着网飞翔，极点也较低。也便是说，极点较高的网前球会在空中飞翔更长的时刻，加上结尾水平速度更慢，相对简单防卫。

实在情况下排球的飞翔道路受空气影响很大

实在情况下，排球在飞翔过程中不只遭到重力的作用，还要受空气阻力和马格努斯效应的影响。

空气阻力与物体的运动方向相反，并且在巨细上与该物体速度的平方成份额。而马格努斯效应常常发作于在流体中高速旋转的物体上，它关于排球运转道路的影响相同不行疏忽。那么，马格努斯效应是一种怎样的现象呢？

如下图所示，咱们假定某排球从左向右飞翔，正常状况下，选手击球的部位将是球的上部（假如击球部位是下部，球将会向高飞，失掉要挟），因而球的旋转方向将是如图所示的顺时针。

马格努斯效应示意图，来历：作者克己

球在飞翔过程中，上方下方都将遭到空气阻力，此刻空气比如像风相同，吹拂到球体外表。但是，因为球一起还在旋转，上方和下方与空气（风）将呈现相反的作用状况。在球的上部，空气方向和球旋转方向相反，空气速度将被球旋转带来的逆向冲突减缓。而球的下部，空气方向和旋转方向相同，在球体外表冲突力的作用下，空气被加快。

依据伯努利原理，流体的压强将遭到流体速度的影响，具体规则为流体速度越大压强越小（伯努利原理咱们不在此做具体解说）。所以，球体上方的低速气体将比下方的高速气体压强更大，球会遭到一个额定的下压力。咱们在排球竞赛中常常感觉到高水平选手的发球在过网后下坠很快，这其间马格努斯效应会起到不小的作用。

那么，能不能说马格努斯效应总会让排球加快下坠呢？答案是否定的，咱们来看下面这张图。排球仍是从左向右运动，空气构成的风从右向左拂过排球外表。需求留意的是，排球此刻的旋转方向是逆时针，这种景象大部分是因为球遭到击打的部位是下半部而构成。此刻，排球将遭到一个额定上升力。高水平的排球选手有时会打出所谓的“飘球”，这种球在飞翔过程中或许比预期晚下降，相同给对手接球构成困扰。

马格努斯效应示意图，来历：作者克己

除了排球，空气是怎么影响其它球类运动轨道的？

在实在景象下，一切球类的运动轨道都将遭到空气影响，但影响程度与球的品种联系极大。普遍规则来说，球体越小，速度越快，旋转越强，其轨道就越简单遭到空气的影响，然后更远地违背抛物线轨道。

乒乓球、棒球、高尔夫球、网球等“小球”运动中，常常会呈现怪异的弧线，这种轨道其实便是各种作用之下的归纳作用。以棒球为例，因为选手挥棒击球瞬间对球的作用十分激烈，球往往带有高速旋转，高水平的选手会成心让击打点向球下部稍稍偏移，这样不只能够让球取得最大的水平初速，随之而来的马格努斯效应还会让球显着上飘，然后增大安打几率。

棒球的飞翔轨道受空气影响极大 图片来历：Freepik.com

而篮球则是球类运动中，运动轨道最挨近抱负抛物线形状的，因为速度慢旋转低，空气对其影响很小。介于其间的排球和足球，运转速度比篮球快，旋转比篮球激烈，自然会更多遭到空气影响。而正是空气带来的种种杂乱效应，才让“飘球”，“电梯球”，“香蕉球”一类充溢观赏性的技巧成为实际。

下表列出了来自日本某大学物理兴趣小组的丈量成果。其间的水平方向和竖直方向加快度为球出手瞬间。由此咱们能够看出，篮球水平加快度十分小，而竖直加快度与重力加快度又十分挨近，证明篮球运转遭到空气影响的确很小。排球水平方向加快度与篮球比有显着增大，竖直方向开始加快度显着大于重力加快度，下压作用显着，与马格努斯效应联系密切。作为比照，网球和棒球投球时的水平缓竖直加快度都十分大，与大球运动构成显着差异。

各种球类运动的加快度比照 图片来历：作者克己

终究，再一次祝贺女排姑娘们荣登国际之巅。下次观赛时不要忘掉咱们今日的科普内容，留神之处皆科学。

参考文献：

1. 马格努斯效应的力学模型

2. 変化球はなぜ曲がるのか？マグヌス効果を直感的に了解する

3. マグヌス効果でボールの挙動はどう変化するのか