题目

篮球中的力学知识

提问时间：2021-02-27

答案

1 篮球在篮筐里圆周滑行可以用什么力学理论来解释?
答：圆周运动,篮球受到重力和篮筐对球的弹力来提供向心力
2打篮球时,篮球投在地上后弹起来
答：牛顿第三定律
3飞行的球体在空中的力学分析
答：正如牛顿在近300年前所发现的,每一个作用力都有一个大小相等,方向相反的反作用力.空气中旋转的球体同样如此.当旋转的球体带动周围的空气向一个方向旋转,球体外表面附近的一层气体粒子将产生与球旋转方向相一致的空气“环流”,以减少球体后部区域的气流波动,与此同时,因为球体旋转,它将受到一个与旋转方向相反的力作为回应.例如,如果球后旋带动空气向下旋转,空气就会产生一个向上的对球的反作用力,球体即得到一个托浮力.相反,如果球在空中不旋转,它所受到的空气阻力,将随着球速的增大而增大.篮球的质量虽然较轻,但横截面积较大,所以在空中所受的阻力也较大.特别是在远距离投篮中,如果球不旋转或旋转程度不够,其所受到的阻力就更大.当球速越快,空气自球体表面分离的时间越早,球后的波动也就越大.这样球体前后的空气压力差就使球体受到较大的形状阻滞.且球行进得越快,阻滞也越大.
通过以上分析我们可以认识到,旋转的球体可以减轻空气的阻力,且受空气反作用力作用.如后旋球,就能使球飞行的更高更平稳,增高投篮弧度,增大球的入篮角,为提高投篮命中率创造了条件.
后旋球在空气中的流体力学分析及优势
篮球在飞行下落过程中,入篮角越大,暴露在球体下方的篮圈面积也越大,球越容易中篮.当球以一定的入篮角接近篮圈,与球的运动路线小于直角的“篮圈通道”就成为一个椭圆形.入篮角越小,此“通道”的椭圆直径也越小.当入篮角小到该椭圆直径等于球体直径时,就达到了球的入篮角度的最下限.
后旋球在空中飞行的时候,由于球向后旋转,球的上下两侧所受到的气流速度与空气压力不一样.在球的上侧,是球附近的气流速度与球体旋转速度的合成；球的下侧,是气流速度与旋转速度的分解.
因此,相对而言,球上方的气流速度快,下方的气流速度慢,由伯努利定律知,在速度快的一侧压强较小,速度慢的一侧则压强大.因此,球体上下方的这个压力差使球受到向上的作用力,将球托起,加大了球的飞行弧线,增大了入篮角度,更有利于球中篮.
前旋球在空气中的流体力学分析及优势
前旋球在空气中的受力正好与后旋球相反,相对而言,球上方的气流速度慢,下方的气流速度快,同样由伯努利定律得知,球体上下方的压力差使球受到向下的作用力.但前旋球多数在行进间低手投篮中出现,运动员在投篮时具有速度快,腾起高度高,充分抬肘伸臂,出手点距篮圈近等特点,因此,球在空中飞行的距离较短,受空气阻力较小.但如果当前旋球碰篮板或碰篮圈时,却能对中篮产生积极的作用.
若球体不旋转,在碰板后,受篮板的反弹力F作用,球的弹起弧度较低,反弹力则较大,球不易中篮.若球体前旋,在碰板时受篮板反弹力与因前旋而产生的反作用力f同时作用,二者的合力方向更接近于篮圈垂直面方向.且球前旋速度越快,所受反作用力越大,合力方向越接近于篮圈垂直面,进一步增大球中篮几率.