台球作为一项体育运动被很多人所喜爱,而大多数人打台球完全是凭自己的感觉发挥,但你不知道的是台球的击球方式、运动轨迹都包含着各种物理规律,这些物理规律“操控”着整盘台球的走势。这篇文章我将从物理的角度多方位深入分析台球中的物理,当你掌握了这些规律,一定能够帮助你更好的运用技巧,成为台球“高手”。
直线击球•台球速度大小变化规律对于刚学台球不久的新手来说,最令人兴奋的就是遇到白球与所击的球以及洞口形成一条笔直的直线,就像下面这张图一样。这种球不需要任何角度,直接沿着它们之间的连线方向击打即可,那么,通过这种方式击球会发生什么现象?我们可以利用动量定理来进行分析。
首先我们需要了解什么是动量,动量指的是物体的质量与速度的乘积,对于一个运动的台球来说,如果台球的质量为m,它以速度v进行运动,那么它就会具有一定的动量,动量的大小即为:
P=mv
而动量在一些特定的情况下又会具有守恒的特征,那就是动量守恒。
动量守恒定理是这样描述的:如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零,那么这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律。
我们以下面这个图为例解析一下这句话的意思,我们把白球(母球)与所击的球(目标球,代号:9号球)看成一个系统,两球在竖直方向受力始终平衡,合外力为零,而在水平方向上,两球会受到一定的摩擦力,然而,在撞击的过程中,摩擦力对该系统的动量改变量I=2fΔt,但由于这里的撞击时间Δt非常短,而台球表面又比较光滑,摩擦力比较小,因此,两个小球组成的系统动量的改变量可以忽略不计,因此,在这个过程中相当于动量守恒。
设撞击前白球的速度为V1,9号球的速度为V2(此时静止V2=0),撞击之后白球的速度为V1’、9号球的速度为V2',两个小球构成的系统动量守恒,于是可以运用动量守恒定律可以列出一个方程:
在这个碰撞过程中由于台球与桌面的摩擦力较小,并且台球的材质弹性非常好,碰撞过程中可以认为属于完全弹性碰撞,因此动能也不会有损失,动能不变。于是可以得到列出另一个方程:
于是通过上面这两个方程可以解出撞击之后两球的速度,V1’和V2’
由于两个球的质量是一样的,因此,m1=m2,于是m1-m2=0,m1+m2=2m1代入上面的式子就会得到
你会发现撞击后母球(白球)的速度变为了0!静止下来,而被撞击的9号球速度和撞击之前的白球速度一样,就好像母球把速度“传递”给了9号球。因此,只要我们击球的路线与两球之间的连线完全重合时,我们就可以打出一个“定球”。
这个撞击运动规律就和我们常见的牛顿摆运动规律一样。两个质量相同的小球,撞击之后主球静止,被撞击小球则保持原来主球的运动速度继续运动。整个过程动量守恒。
因此,只要你击球足够精准,完全可以打出一个完美的“定球”,因为有这个物理定律为你“撑腰”。
上面这种情况是最简单的一种击球方式,在台球运动中,有时候我们并不希望球停止在撞击处,需要让撞击后的白球继续向前或向后运动到合适的位置,为下一次击球做好铺垫,那么,这里将会涉及到另外一些技巧:高杆和低杆。
物理上的碰撞可分为两种类型,完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞。所谓的完全弹性碰撞是一种理想的碰撞,碰撞中没有能量损失,平时,我们把那些硬物之间的碰撞看作是完全弹性的碰撞,例如钢球,玻璃球,钢球和硬地面之间的碰撞等等。不完全弹性碰撞存在能量损失,这也是我们常见的碰撞类型。当发生不完全弹性碰撞时,如果两个物体在碰撞后碰撞在一起。
这种碰撞称为完全非弹性碰撞,其能量损失最大,完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞都遵循动量守恒定律。动量守恒定律比牛顿运动定律对它的运动范围更广,除了基本粒子相互作用中相互作用的宇宙以及微观世界。两个物体以两种形式碰撞,向前碰撞和斜碰撞。对于台球来说,在击球过程中,根据主球和目标球的不同位置。
基本上采用了正,斜的击球方式,在斜撞的打击模式下,主球与目标球碰撞时的角度θ应根据需要选择,这是打台球时必须掌握的技能,根据动量定理,主球击中球杆后的速度与球杆给球的冲动有关。球杆的冲动是由球杆的力量和击球时的持续时间决定的,在动量定理中,物体受到冲动I的影响后,会引起物体的动量P的变化。
其表达式为I=ΔP,即,FΔt=Δp,为了使目标球的速度变化很大,但动量变化是确定的,可以采用两种基本方法。一种是通过提示施加较大的击球力,但击球时间较短,第二种是通过提示施加较小的击球力,但击球时间较长,可以控制球杆的打击力,通过控制球杆来实现打击时间。
关于要想打好台球必须懂得哪些科学道理和物理规律的问题,今天就解释到这里。
物理学中的碰撞分为完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞两类。所谓完全弹性碰撞就是理想化的碰撞——在碰撞中没有能量损失。平时我们将那些材质较硬的物体间的碰撞均近似地视为完全弹性碰撞,譬如钢球之间、玻璃球之间、钢球与硬质地面之间等。非完全弹性碰撞就存在有能量损失,这也是我们常见的碰撞类型。在发生非完全弹性碰撞时,若发生碰撞的两个物体在碰撞后粘连在一起,这种碰撞称为完全非弹性碰撞,其能量损失属于最大的。
无论是完全弹性碰撞,还是非完全弹性碰撞,它们均遵循动量守恒定律。动量守恒定律较之牛顿运动定律的适用范围更广,它除了适用于宇宙星体间的相互作用,也适用于微观世界中基本粒子之间的相互作用。两个物体发生碰撞,有(对心)正碰和斜碰两种形式。对台球来说,在击打过程中,根据主球与目标球的位置不同,基本都是采用正碰和斜碰的击打方式。在斜碰的击打方式中,还要根据需要选择主球与目标球碰撞时的角度θ,这是打台球必须掌握的技巧。
根据动量定理,主球在球杆击打后的速度大小与球杆给与球的冲量大小有关。球杆的冲量由在击打中球杆施与球的力大小与作用时间长短决定。在动量定理中:物体受到冲量I作用后,会引起物体动量P的改变,其表达式为 I=ΔP,即 FΔt=ΔP。要使得目标球速度改变较大(但动量改变量为一定),可以采用两种基本方法,一是通过球杆施加较大的击打力,但击打时间较短;二是通过球杆施加较小的击打力,但击打时间较长。球杆的击打力大小可以控制,击打时间是通过操控球杆来实现的。若台球玩者猛的出力击打,击打后即停杆,那么这样击球时间就很短;若台球玩者均匀施力并让球杆沿着施力方向继续延伸,那么这样击球时间就较长。
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