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九个月,经历了更名、春节撤档、重新上映、提档等一系列操作,《夺冠》终于上映了。“一种精神,两次传承,三代传奇。”《夺冠》带领我们重温中国女排激情燃烧的岁月。


在观影之余,在为中国女排呐喊之余,你知道飘球是怎么发出的吗,你知道排球的技术动作背后都有着怎样的物理原理吗?

今天我们带你科学地看懂排球这项运动。
 

排球技术包括,准备姿势、移动、传球、垫球、发球、扣球和拦网等技术。想要看懂排球,明白其中的物理原理,才算是真正地看懂了。那么,接下来让我们从物理的角度来了解这几种技术。

1、稳定角和准备姿势
运动队员在地面上站立,重心和支撑面边缘的连线就是一个三角形,三角形的稳定性就保证了队员在运动中的稳定。稳定角就是重力作用线和重心至支撑面边缘相应的连线间的夹角。排球运动员在场上的平衡稳定与支撑面大小、重心的高低、稳定角大小的三个因素都有关系。稳定角越大,支撑面越大,重心越低,越平衡稳定;否则反之。所以运动员会通常采取半蹲姿势准备,以增大稳定角,降低重心。 
 

半蹲准备姿势,它多用于接发球、拦网和各种传球。因此要求运动员在场上保持基本的站立姿势是“两脚左右开立,稍比肩宽,两膝微屈,上体稍前倾,两臂放松,自然弯曲,双手置于腹前。”
 
 
2、蹬地角和移动&起动
人体蹬地作用力与地面的夹角称为蹬地角。蹬地的力与地面的支撑力是一对相互作用力,根据加速度公式 ,相同的支撑反作用力下,运动员质量越小,加速度越大。为了提高移动的加速度,除增加蹬地的作用力外,适当减小蹬地角,也有利于获得最大的水平方向加速度。
 

《排球少年》中的日向翔阳,快速转向成为了他甩开对面拦网队员的绝对武器。我们可以看到动漫中日向的蹬地脚比较小,他的身体也比较轻盈(从他的身高可以看出来,嘻嘻),所以他拥有常人不及的灵活性。

起动要领:起动是防守队员从准备姿势变为运动状态的一种脚步动作。该过程的力学原理就是破坏身体原有的平衡,快速起动在移动方向上的稳定角要小,蹬地力量要大,适当减小蹬地角。当然,蹬地力量和蹬地角是相互影响的,这是因为支撑反作用力的水平分量是由取决于蹬地力垂直地面分量的摩擦力给出的,如果蹬地角过小,摩擦力不足以给出足够的支撑力水平分量,因此为了防止运动员摔倒,运动员的蹬地力量会受到限制。

3、传球技术分析
假设传球为一个匀速运动,物体在力的作用下,会产生加速度。球主要是依靠蹬地、展体、伸臂的全身协调动作所形成的推力和手指、手腕的击球力量,构成一个合力作用于球体。
 

当合力方向相同、大小相等的情况下,分力越多,一个分力的扰动越不容易对球的方向造成偏离。传球时扩大出球面增加出球点,能够提高球的灵活性。所以排球运动员十指张开呈半球状,增加手与球的接触点,能够更好地控制球的方向。 

 
4、垫球技术分析
垫球时需要保证手臂和手成三角形,以确保垫球手臂的稳定性。

若球不旋转,可利用入射角与反向角的原理击球。手臂垫击平面与地面夹角的大小直接影响着击球的效果。垫球时手臂垫击平面与地面夹角的大小有关。为了保证合适的出球弧度,来球弧度高时,手臂应与地面所形成的夹角应小;来球弧度平低时,则手臂角度应大些,使来球以适当弧度反弹飞向目标。 
 
 
若来球旋转,除球给手臂一个作用力和手臂给球一个反作用力外,球的旋转力也作用于手臂,而手臂也要给球的旋转一个大小相等、方向相反的反作用力,这样球触手后反弹方向为反弹力和旋转反作用力的合力方向。
 
5、发球技术分析
根据动量定理物体动量改变的大小是内力和外力作用时间的乘积决定的。由于规则的限制,发球时击球时长很难明显变化,运动员主要通过作用力的变化来使球体获得不同程度的动量变化。
 
同理,根据动量定理,在排球比赛中,防重扣球和接大力发球,由于来球力量较大,不但不能主动用力还击来球,而且还要手臂随球屈肘后撤,加长受力距离和时间,减小球给手臂单位时间力量,以达到缓冲的目的。

6、旋转球与曲线轨迹
由于球体表面并非绝对光滑,击球作用力在作用到球体时,未通过球的重心,球就会在飞行过程中发生旋转。根据流体力学中的伯努利定律,球在旋转时,球面上绕流与附近空气流动方向一致的一侧,空气流线速度快,空气稀薄,形成低压区。另一侧,球面绕流和空气流动方向相反,空气流线速度低,空气稠密,形成高压区。压力差形成合力,使得球的飞行轨迹为一个曲线,这就是马格努斯效应。 
 
 
7、飘球是怎么发出来的?

飘球是发球队员发出去的球没有旋转,不会以抛物线的轨迹运动,而是会在运动轨迹上产生飘晃,或是突然失速下掉。关于飘球的成因,尚无定论,目前有以下的解释:

  • 球不旋转向前飞行,没有旋转轴,飞行轨迹不稳定;

  • 球体的变形使得球体产生振动。球体振动时一侧凸起,一侧凹陷,并不断地振动变形。凸起侧和凹陷侧空气的流速不同,两侧流速又不断发生变化,压强差也在不断发生变化,从而产生飘晃。

  • 不旋转的球,因受空气阻力速度减慢,到飞行 5~10m/s 时,就会遇到近两倍的强大压力。因此,球会突然失速,改变飞行路线。

  • 不旋转的球飞行时,球体后面的空气稀薄,产生涡流,涡流能够阻止和干扰球的飞行。

  • 球体表面粘合线与空气的流动方向顺逆不一,引起空气流速的变化,而造成阻力差,改变了球的正常轨迹。 



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