2024年9月20日

弹簧打乒乓球原理

1 人凭弹跳能让自己跳起来吗?答案是:是的。

2 没有外力,人们能用弹跳力跳起来吗?答案是:没有。

两个答案都是对的。前者是生活语言和日常语言。一些默认、众所周知和隐含的前提往往被省略。第一句话之所以成立,是因为每个人默认人都站在地上,肯定会受到重力和支反力的影响,不需要额外说明。

后者是语言、语言和理论语言的讨论。它需要准确、严格和无缝。当我们需要分析人体的力原理和弹跳力的来龙去脉时,我们必须逐一明确隐含的前提。 既然没有外力,就连地面都没有。你的弹跳力是什么?没有外力,人肯定跳不起来,对吧?

将人体比作弹簧(图1)是一种重要的抽象方法,就像将人体比作鞭子一样。只要取相似的一面,忽略不同的一面。

3 弹簧靠自己的弹性跳起来。这种日常语言是建立起来的。然而,一些球员忘记了隐含的重要前提:需要外部物体的支持和外力。

4 没有外力,弹簧能靠自己的弹力跳起来吗?没有。事实上,一般弹簧的工作条件是:一端由外力固定,另一端表现出有目的、有意义的外部弹性,完成正常工作。

假设一个弹簧悬浮在空中,没有任何外力(包括重力),它就没有变形,内部弹性也没有表现出来,也没有实际意义。也就是说,如果外力为零,弹性为零

假设你用手指轻轻触摸悬浮在空中的弹簧(手指推力),或者向上扔弹簧(重力),它只有一个外力,也没有变形,不能显示内部弹性,没有实际意义。也就是说,一个外力,弹性为零

只有当弹簧的两端同时作用于外部物体,两端受到两个方向相反的外力(拉伸、压缩、扭转等)或外力矩的影响时,才能表现出有意义的弹性并正常工作。世界上数亿弹簧都是如此,没有工作弹簧例外。

在弹性范围内,弹簧弹力F与形变量x成正比,这是胡克定律,F= k x。它也有一个隐含的条件:忽略弹簧本身的质量,即弹簧本身没有重量。这就是物理教科书中常说的“轻弹簧”,它的弹性相等。“形变量”一词意味着弹簧两端受到两种外力的影响。

弹簧原理应该是系统的长度。首先,分析一个典型的静态场景。如图2左图所示,1kg球放置在轻弹簧顶部以达到平衡(图2)。弹簧的两端和外部世界都会产生个力球将弹簧压力F2传递到下端(滑动矢量和力的可传性),产生弹簧对地面的压力F4,并导致地面支反力F3,上传到顶部,产生弹簧对球的弹性F1。四力都是从球的重力外力F0衍生出来的,都是10牛顿。其中力12、34分别是两对相互作用力,不能相互抵消。弹簧两端的外力23作用于一条直线,是一对平衡力,相互抵消,合力为零,弹簧静止。轻弹簧的外观性能如下: 向上弹性F1和向下压地力F4。

弹性F1从何而来?当然,弹簧固有的内在弹性。然而,在地面上单独放置一个弹簧(图3),其弹性等于零!此时的弹簧没有弹性吗?弹性,但不能显示弹性。为什么?因为此时,弹簧两端缺乏两个方向相反的外力。从这个角度来看,弹簧弹性F1直接来自地面支反力F3,其大小完全由外力F0控制和决定。情况已经很清楚了。无论弹簧的内部弹性有多强,只要你在弹簧上端放置多个(外部)物体,它只能显示多少弹性(在弹性范围内)。换句话说,弹簧对外弹性的大小由外力决定,直接由地面支反力传递。

人体的力量类似于这个事实。大力士站在冰上拔河会输给站在地上的普通人,不是因为他的内力不够大,而是因为他无法从冰上获得足够大的外力摩擦。外力决定胜负,而不是内力。与木桶原理相似,短板决定储水量。

这也与乒乓球击球力的来源非常相似,击球力直接来自地面支反力和重力。当然,人体比弹簧更复杂。它可以发挥自己的力量(内力)和重量。体内力的传导线不是那么简单和清晰。体内力的传导需要时间和传导效率问题,但最终结论是一样的。归根结底,它的运动规律由牛顿第一定律主导: 任何物体(包括人体)运动状态的变化只能由于外力所直接决定