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        球球的“內(nèi)涵”

        2023-12-10 05:26:43史金陽
        知識就是力量 2023年12期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)膽高爾夫球棒球

        層層疊疊,各司其職

        不同球類的運動規(guī)則不同,對球的結(jié)構(gòu)要求也不同。總的來說,運動球類可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為空心球和實心球兩大類。

        對于大多數(shù)空心球(例如籃球、足球、排球、網(wǎng)球等)而言,它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體可以分為內(nèi)膽和外殼——內(nèi)膽提供球的彈性,外殼的各層提供保護、支撐等功能。下面,讓我們以籃球為例,看看它的具體結(jié)構(gòu)是什么樣子的。

        通常,籃球內(nèi)部結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外分為4層——內(nèi)膽、纏紗、中胎、表皮。

        內(nèi)膽:籃球比賽中,運動員通過不斷運球(用單手連續(xù)拍按或雙手交替拍按由地面反彈起來的球)發(fā)起進攻,這就要求籃球要有足夠好的彈性?;@球的內(nèi)膽如同人的心臟一般,是產(chǎn)生彈性的主力。它將空氣密閉起來,維持球體的氣壓。為了提供較好的彈性,內(nèi)膽往往采用較為柔軟且富有彈性的橡膠材料。

        纏紗:打滿氣的內(nèi)膽就像一個圓鼓鼓的氣球,被尖銳物體輕輕一碰就可能爆破。為了保護內(nèi)膽,人們將紗線均勻地纏繞其上,形成由幾十層紗線構(gòu)成的纏紗層。一般情況下,1個籃球的纏紗層就需要耗費超過2000米的紗線,紗線的選料為尼龍。如果纏紗層的質(zhì)量不好,可能會引起籃球鼓包、變形。

        ?籃球的剖面圖(繪圖/閆麗真)

        中胎:包好纏紗的內(nèi)膽雖然彈性十足,但缺乏硬度,這會使其在使用中變形。因此,在兩者外部還需要再增加一層負責(zé)維持結(jié)構(gòu)強度的中胎。中胎通常也由橡膠材料制成。

        表皮:籃球的表皮,便是我們平時觀察到的最外層結(jié)構(gòu)。我們的手和籃球反復(fù)不斷地貼緊、分離,所以,表皮不僅有保護作用,還需要提供合適的摩擦力,以防籃球在我們手中“滑走”。表皮的材料通常由聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)或牛皮等制成。

        籃球中的物理知識

        內(nèi)膽氣壓與彈性

        如果籃球太久沒用,球中的氣壓變小,它的彈性就會大大降低;如果籃球剛剛充完氣,球中的氣壓較高,就會彈性很強,甚至遠遠超出平時的彈跳水平。這是為什么呢?

        在一次完整的籃球反彈過程中,它以一定速度與地面撞擊,并發(fā)生一定程度的形變,這種形變會吸收籃球撞擊前的大部分動能。

        當(dāng)籃球內(nèi)部氣壓較低時,動能幾乎全部被籃球的外殼吸收。由于外殼沒有很高的彈性形變能力,這部分由外殼吸收的能量很難再次轉(zhuǎn)化為籃球的動能,籃球也就很難反彈到之前的高度。

        而當(dāng)籃球內(nèi)部氣壓較高時,籃球的動能主要被其內(nèi)部充滿空氣的內(nèi)膽所吸收。內(nèi)膽因具有較高的彈性形變能力,會將動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能并迅速釋放,使球體擠壓地面?;@球受到的來自地面的支持力大于重力(地面給予的支持力方向向上,重力方向向下,籃球所受合力向上),因此獲得了一個向上的加速度;經(jīng)過加速的籃球再次獲得了與碰撞之前大小相同、方向相反的速度,最終回到我們的手中。

        表皮結(jié)構(gòu)與摩擦力

        根據(jù)上文,我們可以知道,表皮為籃球提供了合適的摩擦力(f)。摩擦力,即互相接觸的兩個物體發(fā)生相對運動或者運動趨勢時,阻礙它們產(chǎn)生相對運動或者運動趨勢的力。它的大小正比于兩個物體之間擠壓的力的大?。‵)。

        f=μ·F

        在這個公式中,μ表示摩擦力和擠壓力兩者之間的系數(shù),即摩擦系數(shù)。為了使我們在運球、投籃等過程中可以更加靈活地操控籃球,就要盡量減少籃球與手掌之間的相對滑動,增大摩擦力。這也意味著,在互相擠壓的力不變的情況下,籃球與手掌之間的摩擦系數(shù)必須足夠大。

        那么,如何提高摩擦系數(shù)呢?生活經(jīng)驗或許可以提供答案——你一定可以發(fā)現(xiàn),我們可以在平坦光滑的冰面上滑動,卻很難在粗糙不平的水泥路上滑動。就像前人總結(jié)各種物理規(guī)律一樣,我們也可以將這種現(xiàn)象進行總結(jié):在一般情況下,粗糙的表面摩擦系數(shù)大,光滑的表面摩擦系數(shù)小。因此,我們可以觀察到,籃球的表皮具有獨特的凹凸不平的坑洼結(jié)構(gòu),這便是為了增加摩擦系數(shù)、為使用者提供合適的摩擦力而設(shè)計的。

        許多運動球類誕生之初,它們的結(jié)構(gòu)和用料與如今相差甚遠。人們將科學(xué)成果運用到球類的制造中,完善結(jié)構(gòu)、更新用料,并形成了成熟的生產(chǎn)系統(tǒng),讓我們每個人都能更好地享受運動的快樂。科學(xué)與運動都是人類憑借創(chuàng)造力不斷突破自我的過程,向著“更高,更快,更強”的目標(biāo)不斷前進!

        摩擦力作用示意圖(供圖/ 史金陽)

        知識拓展? 實心球的“內(nèi)心”

        高爾夫球

        高爾夫球是一種典型的實心小球。按照剖面結(jié)構(gòu),高爾夫球可以分成單層球、雙層球、三層球和多層球。

        單層球被稱為一體球,整體由一塊硬材料壓制而成,只在表面涂有一層聚合物材料。單層球雖然十分耐用,但性能較差。

        雙層球即在橡膠球心外添加了一層外殼。這層外殼可以保護內(nèi)部球心不變形,它的材料通常為塑料,質(zhì)地不同也會給高爾夫球帶來不同的性能。雙層球也是高爾夫愛好者較常用的球。

        不難想到,擊球的力越大,球就越容易變形。專業(yè)的高爾夫選手往往可以打出非常大力的一擊。為了讓高爾夫球在各種擊球力度下都可以產(chǎn)生最佳結(jié)果,三層球、多層球便誕生了。為了增加高爾夫球的強度、改變球體的重量分布,有的球心和外殼中還會添加鈦、鎢和鎂等金屬粉末。

        棒球

        棒球分為硬式棒球和軟式棒球:硬式棒球為實心球,軟式棒球為空心球。但由于軟式棒球的使用情況較少,此處僅討論硬式棒球的結(jié)構(gòu)。

        硬式棒球的結(jié)構(gòu)十分簡單,它以軟木、橡膠或其他材料為內(nèi)芯,在內(nèi)芯外包裹絲線,再用兩片馬皮或牛皮縫制成緊實的外殼。

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        去打棒球嘍
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