乒乓世界是一个旋转世界。在数学家的眼里,世界的本质是非线性的;在物理学家眼里。旋转是宇宙中最根本的运动;在球迷的眼里,球的旋转是个美妙的境界。球旋转的根本原因是什么呢?为什么非要求根溯源呢?据说,人有真知是一大快事。为了寻找真知和愉快,发帖人初次上网时,连续发了三个帖子(附后),试图探讨一个问题,即乒乓球旋转原因有关力矩的问题。这个问题根据经典物理学的转动定律(Mz = Iz dω/dt)本来是一个确定的问题,为什么还要再提出来去讨论呢?
从上世纪60年代至今,由人民体育出版社等出版的乒乓球书籍中,都包括了关于旋转的论述。特别是张惠钦、张博和詹丽来等人关于乒乓球旋转的专著论述尤为详细。另外,从90年代后期乒乓网站建立后,网上有众多教练、球友发表的关于旋转的帖子,其数量占有很大比例。从这些丰富的信息中,人们可以产生一个深刻的印象,那就是乒乓球旋转原因是摩擦力,或者说是切向力。这个与旋转相关的力得到了充分凸显和肯定。这是乒乓运动发展的进程,本来就是无可非议的。然而,客观现实中真正决定旋转的关键概念力矩却在无形之中被淡化、甚至于在无意识之中被忽视了!
打球人谁都有这样的体会,有摩擦才会有旋转。难道旋转的原因是摩擦力不正确吗?难道旋转的本质不是摩擦吗?我只是说不完全正确,或者说不准确和不全面。像人们熟悉的力有大小、方向和作用点的三要素一样,旋转也有三要素:力、力臂和转动惯量。力(摩擦力)仅占其一,而其二和其三的要素,一个也不能少。假如少了那一个,谁也就玩不转了。根据转动定律,由力和力臂产生的力矩以及转动惯量才是旋转的关键物理概念。换言之,旋转的真正原因在于力矩。力矩垂直于利于力臂所决定的平面,它依赖于所选参考原点的位置,而力则与参考原点的选择无关。
作为球迷,自然是对球的旋转情有独钟。发帖人认为应该为旋转的关键概念力矩打抱不平,为旋转的第二第三要素争取应有的合法地位。为什么呢?这是一件有关影响到球友乒乓技术的事情。当球友们理解了力矩概念,抓住旋转的本质原因后,起码可以使自己提高三项功能:一、从另一的角度看,更深刻地理解摩擦与旋转的关系,在拉弧圈时更会注意到吃球摩擦和甩球加速;二、理解和重视力臂的作用,打球时会自觉地选择合适的支点,即因地制宜,在腕、肘、肩、髋结构中随机选择一个最优支点;三、理解和重视转动惯量的作用,协调全身动作,不仅有利于发力和传递,而且还要控制自身转动半径(惯量),以此加速旋转。当你做到这几点时,你必将就会在旋转世界里取得更多的自由。
以上就是开始上网发帖时,选择讨论旋转力矩的原因。很可能有关旋转的讨论将无限期地进行下去,随着讨论的深入,旋转的本质必将会被广大球友所理解,为提高乒乓技术起到它应有的作用。为此,请球友首先关注一下旋转的三要素(见下图),关注描述旋转本质的关键概念力矩,就像有的车迷球友关注汽车发动机的扭矩(发动机主轴输出力矩)一样,因为这一动力参数与功率同样重要,它直接关系到轮子的旋转,即汽车的加速性能。总之,力矩、力偶矩、扭矩,转矩、动量矩(角动量)等关于矩的概念,不仅是转动效应的量度,而且作为研究旋转运动的钥匙,实际上是最关键的重要概念。
一言蔽之,旋转的原因是什么?答案是力矩和转动惯量,其中力矩由力和力臂产生,而转动惯量与物体质量和结构有关。转动定律才是决定旋转的真正原因,而力(摩擦力或切向力)仅是其中的一个要素。