La physique de base et les mathématiques du tennis de table

Mes remerciements à l'auteur invité Jonathan Roberts, qui a gentiment pris le temps d'écrire sur la physique du tennis de table, me sauvant la nécessité de tendre mon cerveau en essayant de comprendre ce truc!

Tout d'abord, une très brève introduction aux mathématiques qui est utilisée pour décrire le tennis de table. Il existe une poignée de formules qui sont utilisées, qu'un homme appelé Sir Isaac Newton a dérivé dans son travail monumental Philosophae naturalis Principia Mathematica. Soit dit en passant, ce travail est généralement considéré comme l'œuvre la plus importante jamais écrite dans l'histoire de la science, et je considère Newton comme le plus grand scientifique à avoir jamais vécu.

Il explique avec précision comment les objets se déplacent de l'échelle des objets interstellaires (galaxies, étoiles, planètes, sérieusement de grosses choses, etc.), jusqu'à des choses sur l'échelle d'environ 1000e de millimètre ou 1 micron. Après cela, ce modèle de l'univers commence à se décomposer et vous devez aller à la théorie et à la relativité quantiques, qui implique des mathématiques et de la physique effrayantes à utiliser.

Quoi qu'il en soit, c'est la physique et les mathématiques du tennis de table dans l'univers newtonien.

Les formules de base à utiliser ici sont:
P = w ÷ t
W = fs
F = MA
a = (v - u) ÷ t Remarque: Ceci est généralement réorganisé à v = u à
T = rf
Remarque: lorsque deux lettres sont côte à côte, cela signifie la multiplication. C'est la notation correcte. Prenez la deuxième formule comme exemple, W = fs Ceci est exprimé comme W = f multiplié par s ou W = f x s.

Où:
P = puissance (la quantité de punch appliquée)
W = travail (la quantité d'énergie consommée)
t = temps (durée de la puissance pour la puissance) pour)
F = force (fondamentalement la quantité de grognement du tir a. Similaire à p mais subtilement différent)
S = déplacement (cela se traduit essentiellement par distance, sauf dans certaines circonstances)
m = masse (poids de la balle, fixé à 2.7g)
A = accélération (changement de vitesse sur une période de temps donnée)
v = vitesse (vitesse du tir)
u = vitesse initiale (à quelle vitesse la balle vous est frappée)
T = couple (la quantité de force de virage appliquée)
r = rayon (la longueur du milieu d'un cercle, au périmètre.)

P = w ÷ t

Afin de gagner plus pouvoir Dans vos photos, vous devez faire plus travail ou prendre moins temps Dans vos photos. Le temps Dans un coup, se réfère au temps que le ballon est en contact avec la raquette qui est fixée à environ 0.003 secondes. Par conséquent, afin d'augmenter le Travail fait, la deuxième équation doit être examinée:

W = fs

Si le montant de Force est augmenté, alors le Travail Le coefficient est augmenté. L'autre moyen est d'augmenter le Déplacement, mais cela ne peut pas être fait car la longueur de la table est fixe (techniquement, lober ou boucler la balle augmentera le Travail fait, car la balle doit couvrir une distance plus grande que la balle qui efface à peine le filet). Afin d'augmenter Force, La troisième équation doit être examinée.

F = MA

Afin d'augmenter le Force, le Masse de la balle doit être augmentée, ce qui est impossible, ou le Accélération doit être augmenté. Afin d'augmenter le accélération, Nous analysons la cinquième équation.

a = (v - u) ÷ t

Le résultat du calcul entre les supports doit être calculé en premier (c'est une loi mathématique). Par conséquent, vous souhaitez maximiser le accélération, minimiser le Vitesse initiale. Afin de maximiser le rapidité, Vous devez frapper le ballon aussi fort que vous le pouvez. Le Vitesse initiale est quelque chose sur lequel vous n'avez aucun contrôle, car c'est à quel point l'opposition vous frappe le ballon. Cependant, comme le Vitesse initiale vient vers vous, sa valeur est négative. Il est donc en fait ajouté à votre rapidité, Comme soustrayer un nombre négatif signifie réellement que vous ajoutez les deux termes (une autre loi mathématique). Le temps reste fixe, pour la raison expliquée ci-dessus.

Par conséquent, cela montre pourquoi plus vous frappez le ballon, plus Pouvoir il aura.

Mais, la vitesse n'est pas tout dans le tennis de table. Il y a un spin, qui sera maintenant discuté.

Vitesse de réaction dans le tennis de la table

D'un point de vue biologique, il y a des limites à la vitesse à laquelle le corps peut réagir à un stimulus. Il y a une différence dans ce temps entre un stimulus audio et un stimulus visuel. Techniquement, nous répondons plus rapidement à un stimulus audio qu'un stimulus visuel, 0.14 de seconde par rapport à 0.18 d'une seconde respectivement. Par conséquent, si vous pouvez tout déterminer sur la photo, vous devez simplement en entendre frapper la raquette, vous êtes 0.04 ou quatre cent un centièmes de seconde plus vite que quiconque a déjà joué au tennis de table.

Les bons joueurs (même les joueurs moyens comme moi) peuvent encore déduire beaucoup de ce que fait l'opposition, simplement en écoutant le bruit que le ballon fait quand il contacte la batte. Par exemple, un bruit de brossage de la balle sur la batte vous indique que Spin a été mis sur le ballon, frapper une boucle donnera cet effet. Un `` poche '' plus net vous dira que le ballon a été frappé assez solidement et vous dira également qu'ils utilisent un caoutchouc mince. Il est, bien sûr, légal de demander à voir la batte de l'opposition, donc écouter le bruit pour dire quelle épaisseur de caoutchouc est utilisée est juste quelque chose qui peut être fait.

Certaines personnes disent que lorsque la balle frappe la table, ils peuvent dire si le ballon est tourné ou sous fil. Personnellement, je ne peux pas, mais cela ne me surprendrait pas que les joueurs d'élite puissent.

Dans le tennis de la table, le temps total moyen pour réagir à un tir est généralement d'environ 0.25 de seconde. Avec beaucoup de formation et beaucoup de pratique, cela peut être réduit à 0.18 de seconde. C'est l'un des grands facteurs de ce qui sépare les grands du tennis de table, de haut en haut, des joueurs de grade. Dans les niveaux d'élite du sport, même étant la plus petite fraction de deuxième (1/1000ths) plus rapide commence à faire une différence.

Couple dans le tennis de table

T = rf
Le couple est une force qui se produit lorsqu'elle est appliquée à un angle autour d'un point fixe. C'est généralement un cercle. Il y a plusieurs endroits où j'ai vu le couple utilisé dans le tennis de table. Certains endroits communs sont:

1. Maximiser le rotation sur le ballon. En faisant cela, une sphère (la balle) tourne autour d'un point à l'intérieur. Cela signifie que plus la balle tourne rapidement plus Couple.
2. Détendre le corps en jouant un coup puissant comme un smash. Vous détendez vos hanches, puis votre torse, puis vos épaules, le haut du bras, le bras inférieur et enfin le poignet. Cela augmente le Rayon du swing. En frappant le ballon vers le bord extérieur de la raquette augmentera également le rayon. Je ne sais pas si cela est utilisé dans le jeu, car cela signifierait que le ballon frappe la raquette en dehors du point idéal et provoque une perte de contrôle.
3. Lorsque vous servez un service de pendule coup droit, une technique consiste à tromper l'adversaire en minimisant la quantité de rotation sur le ballon. Cela se fait en contactant la balle près de la poignée, minimisant ainsi le Rayon du swing.

Le frappeur techniquement plus fort (avec une vitesse plus élevée) augmente également le couple, car cette augmentation de la vitesse entraîne une augmentation directe de l'accélération de la balle. Comme F = MA, une augmentation de un conduit à une augmentation directe de F, ce qui à son tour conduit à une augmentation directe de Couple.

je.e.
un = (V - Utah
F = mun
T = rF

Énergie
L'énergie ne peut pas être observée. Seuls les résultats de l'énergie peuvent être observés. Autrement dit, lorsqu'une balle est durement frappée, vous observez le transfert d'énergie du corps du joueur au ballon pour provoquer ce coup, pas l'énergie elle-même.

L'énergie est décrite sous deux formes (ignorant une poignée d'autres formes qui, sans devenir extrêmement technique en chimie et en physique nucléaire, dépassent le cadre de cet article). Ce sont l'énergie potentielle et l'énergie cinétique.

Les formules utilisées sont:

Énergie potentielle: E = mgh
Énergie cinétique: E = ½ mv2

où

E = énergie
m = masse
G = l'accélération due à la gravité (9.81001 MS-2 à 5 décimales si vous devez savoir)
H = hauteur de l'objet
v = vitesse

E = mgh
Ceci est une représentation de l'énergie potentielle. Cela représente la capacité de l'objet en question à utiliser l'énergie. Par exemple, si une balle de tennis de table était dans votre main et que vous retirez votre main rapidement, la balle commencerait à tomber (en raison de la gravité). Au fur et à mesure que cela se produit, l'énergie potentielle de la balle commence à être convertie en énergie cinétique. Quand il touche le sol, l'énergie cinétique commence à revenir à l'énergie potentielle, jusqu'à ce que la balle atteigne le pic de son rebond et recommence à tomber.

Théoriquement, cela devrait se poursuivre pour toujours, car l'énergie ne peut pas être créée ou détruite (sauf dans une réaction nucléaire, qui implique ce qui est probablement l'équation la plus célèbre de la science: E = MC2). La raison pour laquelle il ne se poursuit pas pour toujours est due à la résistance à l'air, sous forme de frottement, et le fait que la collision du ballon et du sol n'est pas parfaitement élastique (une partie de l'énergie cinétique de la balle est convertie en chaleur, quand Cela a un impact avec le sol, et il y a aussi un peu de friction entre le sol et la balle).

Si vous voulez mener une expérience (vous pouvez gagner pas mal d'argent à partir de cette `` astuce ''), essayez de laisser tomber une balle de golf et une balle de tennis de table de la même hauteur et voyez qui touche d'abord le sol. Les deux frapperont en même temps, car la résistance due à l'air est presque exactement égale. Une autre façon consiste à effectuer l'expérience dans le vide, bien que ce soit un plus difficile à configurer. Dans ce cas, vous pouvez laisser tomber une plume et une brique, et les deux frapperont le sol simultanément.

Cela explique pourquoi une portion avec un lancer de balle haute est plus dangereuse que celle lancée seulement 6 pouces de haut. L'énergie gagnée par le lancement élevé peut être convertie en rotation ou en vitesse lorsqu'elle est frappée par la raquette.

E = ½ mv2
Cette formule montre que plus vous frappez rapidement le ballon, plus le tir aura de l'énergie. Si la masse de la chauve-souris est élevée, cela entraînera également plus d'énergie dans le coup. En effet, les termes de masse et d'énergie sont tous deux directement proportionnels à l'énergie.

Pourquoi la balle de 38 mm est-elle plus rapide que la balle de 40 mm?

Comme la balle de 38 mm a un rayon plus petit, il a également une masse inférieure, et donc une énergie inférieure en raison de l'équation E = ½ mv2. Cela devrait donc signifier que la vitesse globale de la balle est plus faible. Mais, la boule de 38 mm est plus rapide que la boule de 40 mm car l'augmentation du rayon entraîne une augmentation de la résistance au vent, ralentissant ainsi la boule de 40 mm. Lorsque vous traitez avec des objets de faible masse comme une balle de tennis de table, la résistance à l'air est un facteur majeur pour le ralentir.

Et c'est une introduction de base à la physique du tennis de table.