@ 2014.04.30 , 12:45
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关于篮球你不知道的5个物理原理

篮球这种运动是物理迷最喜欢的,在运动场上你可以运用你所学的物理学定律为篮球运动增添一些新见解。我们已经看到一些关于篮球的抛物线运动和碰撞、能量和动量等方面的互动软件或游戏。下面就向你介绍关于篮球运动的5项基本物理原理,看过之后应该会让你重新认识这项运动。

1 任何时候起跳,71%的时间你会停留在跳跃的上半段。

一般人可能会认为起跳时上半段和下半段的滞留时间应该是一半对一半。

请再思考一下这个问题,在离开地面的那一刹那你身体的速度达到最快,随着你慢慢升高你的速度渐渐下降,直到你达到跳跃最高点,这一瞬间你的垂直方向速度为零。过了这个瞬间你的下跌速度开始增加,直到你重新落地速度归零。因为跳跃上半段是全程中速度较慢的一段区间,在这段距离停留的时间更长。

时间有多长?要算出这个数字,我们需要知道物体从静止状态下落的时间取决于离地距离的平方根。计算物体下落到1/2高度的时间,只要将离地距离(1/2)开平方,也就是71%。

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篮球运动员的滞空感的原理是他们71%的时间都在跳跃的上半程。

2 带球上篮或移动中射篮时,运动员需要将自己的速度加上篮球抛出的速度

现在想象一个人以匀速骑车直线前进,他沿垂直方向将篮球抛向空中,篮球离开他的手后,球和车依然以相同速度前进。

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从骑车人看来,篮球是在骑车人

前方落地?
相同位置落地?
后方落地?

你认为结果会怎样?

如果你做出了你的推断,请看下面的视频。

为了弄明白为什么篮球会和骑车人同步,让我们来思考17世纪时伽利略做过的一个实验。

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想象一艘匀速行驶中的船,就和前面提到的自行车一样。站在船桅杆上的伽利略朝下方丢竖直落下一块石头,刚好落到桅杆底部,并不像伽利略以为的那样落在桅杆后面。

如果当时在岸边的人们目睹了这一幕,在他们眼中伽利略的船正在横向移动,石头的下落轨迹也是横向运动,除了向下运动之外,石头和船以相同速度横向前进。

相同的物理现象也发生在骑车人和篮球上。骑车人将篮球垂直抛起,篮球也保持了骑车人横向移动的速度。篮球落地时,依然会落在骑车人身上。

这条定律对篮球有什么启发呢?

当篮球运动员在运动中投篮时,也和骑车人一样,初学者篮球上篮往往失败的原因在于他们会将篮球往前送,而非垂直往上送。只要是受过训练的篮球运动员都知道带球上篮时篮球要向上方抛起。同理,运动员由左向右移动时投篮,此时如果他们瞄准篮筐正中,篮球不会命中,而会偏向篮筐右侧。为了保证每次移动中投篮都命中篮筐,运动员需要将自身的速度加上篮球本身的速度,纠正投篮。

在伽利略之前亚里士多德认为万物的自然状态是静止,如果要移动某物需要一直有作用力作用于物体。以这种理论看来,伽利略不适合远距离投篮,灌篮狂魔更适合他,他的带球上篮水平应该也很弱。

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伽利略的观点是正确的。他引入了惯性的概念——物体在没有任何作用力的情况下将保持原来的速度和方向。物体的自然状态不是静止,而是保持匀速运动。

3 后旋球在回弹时丧失能量更多,更容易弹入篮筐

篮球运动员要学会不用手掌而用指尖投篮。这种投篮方式更易于抓球,但更重要的原因在于,用指尖投出的篮球会自然而然向后旋转。NBA历史上最伟大的教练之一,人称“红衣主教”的阿诺德·奥尔巴赫说后旋决定了射篮。

“指尖有助于带动后旋,射出的球力道更绵软,“幸运”程度也会提高。球命中篮筐后停住就是不错的后旋球。有些人说这是运气好,那为什么所有伟大的射手总是能投出这些所谓的好运球?”

奥尔巴赫的理论建立在角动量守恒之上,篮球离开运动员手中后仍然会以相同的速度旋转。那么为什么后旋会有利于射篮呢?

要弄懂其中的原因,首先要想象一个不旋转的篮球。篮球碰到篮筐后受到篮筐的摩擦力作用,同时与篮筐的碰撞会削弱球的能量,让球速度变慢。

现在请想象一个后旋球。球的运动是两个方向运动的叠加——一方面球的中心部分在空中飞行,另一方面球围绕球中心旋转。两者相加,球的底部移动速度居然比之前更快。

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这次,当底部触到篮板时,碰撞的速度比前一次更大。球受到比之前更大的摩擦力,丧失的能量更多,球的速度大大降低。从球员的角度看来,篮板附近的球越慢越容易弹进篮筐。

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所以,后旋球更容易进篮筐靠的不是运气,而是物理学。

4 尤里卡!篮球拿在手上感觉比真实重量轻1.5%,那是因为篮球周围的空气会托起篮球。

篮球被空气包围,空气深度越深,大气压也就越大。这意味着篮球底部的气压比上方的气压对篮球作用力更强。细微的气压差别向篮球提供了向上的浮力。根据阿基米德的浮力公式:

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填上对应数字后,我们发现篮球受到大约自身重量1.5%的向上的浮力。换句话说,篮球比实际重量更轻是因为受到了空气浮力的作用。

5 旋转的篮球在运动路径中会变换方向,这是空气摩擦不均匀造成的。

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在空中飞行的篮球受到四种作用力,重力、浮力、阻力和马格纳斯力。最后一种马格纳斯力只在篮球旋转时才起作用。

1852年马格纳斯对炮弹发射后经常会偏折方向感到十分不解。他意识到炮弹在空中飞行旋转,受到的空气摩擦(或阻力)是不均匀的,所以炮弹受到的作用力也不均衡,这才造成了炮弹方向偏折。

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马格纳斯效应对旋转行进的篮球会造成小小的影响,篮球的运动轨迹会弯曲。马格纳斯力也是棒球中曲线球的成因。

看过了那么多篮球的物理知识,是不是感觉更有信心了呢?

本文译自 Wired,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 68+1

[2] 1 »
  1. 小东
    @4 years ago
    2396365

    问题是:投篮机会就那么一瞬间,那还有时间计算那么多啊。SO还是靠平时手感慢慢练吧。

  2. 小编傻X
    @4 years ago
    2396364

    小编的物理学的真tm烂

  3. 小东
    @4 years ago
    2396362

    好腻害的样子。

  4. 2396320

    @叫我雷锋: 还是不理解,上方50cm的运动是纯抛物线运动啊,怎么可能上升的时间与下降的时间不一样呢?

  5. 木哈哈
    @4 years ago
    2396308

    第五条啥叫摩擦力不均匀啊,分明是因为旋转的时候一面的空气流速相对比较快,另一面比较慢,流速慢压强就大,利用压强差好吧。小编还是弄的专业些再来写吧

  6. 2396228

    运动员不需要知道这些,但是他们的教练需要知道

  7. 叫我雷锋
    @4 years ago
    2396223

    第1在上半段指的是如果垂直弹跳力是1m的话在上方50cm的时间,上升的时候速度最快,所以在上升中下50cm的时间最短。而整个在上50cm的时间是71%@zjhaiyao:

  8. fffffff
    @4 years ago
    2396217

    跟你们说过多少次了,左手只是辅助!!!

  9. happyeggs
    @4 years ago
    2396138

    @bijeep: 是对的,球的实际重量是球加压缩空气,v用篮球体积带入即可。

  10. 发条兔子
    @4 years ago
    2396125

    凸凸告诉你。。。。。。。最后的印象

  11. 2396055

    能吐草下前四个都懂吗,这算个啥”你不懂”, 另外第五个不是因该说伯努利方成马,扯什么摩擦

  12. 2396052

    篮球在姚明手里比在小四手里轻0.00……009%

  13. 夺在主
    @4 years ago
    2396012

    就像卡洛斯贝克汉姆流体力学不及格照样能踢出优美的弧线

  14. 2396009

    @勿使惹尘埃: 对啊 视频网站总想你留在那

  15. 勿使惹尘埃
    @4 years ago
    2395981

    怎么还有“偷偷告诉你”?没完没了了是吧?

  16. 从此心安
    @4 years ago
    2395979

    全看懂了,不容易啊,看死我了T T

  17. 2395958

    玩篮球一般都只玩体会经验的肉体动作适应,不太见谁玩指挥家轮庄联赛,轮流由一个人坐庄指挥一场战斗,有权OUT不听命令的队员,指挥赢了就连庄,输了就坐牢轮空一圈,很快让人注意侦察敌情和团队协同问题,比天天都耍肉肉动作的动漫单挑游戏更刺激。
    曾经这么指挥一群孬货之队,连续毁灭只靠个人技能优选凑份的龙多成虫之队们,霸住场子,直到车轮战十来局累软了才OUT,那些虫子恼羞困惑透顶,不停念叨怎么会输给废物,听得直到如今还大块人参。

  18. zjhaiyao
    @4 years ago
    2395948

    第一条不明白。上升过程应该与下落过程等时,h=gt^2.

[2] 1 »

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