为什么篮球越扁弹地越低?

靳宇磊靳宇磊最佳答案最佳答案

这个问题好! 在讨论这个问题之前,我们首先要明确一点:篮球的“弹性”究竟指的是什么——是球从高处下落,被脚踢起后,球在空中运动的速度和射程取决于空气阻力的形状;还是以一定初速度滚动的足球,遇到障碍(人体/障碍物)时产生的减速,最终停止;又或者是像乒乓球那样拍起的球,由于具有旋转,所以会在空中划出一道弧线…… 显然,这些描述的都是球的“弹性”,但讨论的这些现象的本质却各不相同。为了讨论问题的方便,我们需要先对“弹性”下一个定义,也就是需要明确“弹性”研究的范畴是什么。这里给出我的结论:本文所讨论的“弹性”,特指物体受外力作用发生变形后,在外力去掉时物体恢复原来形状的能力。(注:有些答案将篮球弹起来解释为压强改变导致液体体积膨胀,其实这是错误的,因为液体受到的外部压力无论大小,都不会影响液体内部压强的分布,也不会改变容器底部的受力情况。)

回到问题来,篮球在被脚上踢起的过程中,虽然受力复杂,但是我们可以理解为受到一个竖直向下的初始速度,并且在此后的过程中受到的空气阻力呈线性增长。当重力与空气阻力相同时,篮球达到的最大速度v=\frac{g}{2} 是确定的。接下来考虑从高处让篮球自由下落的过程。我们知道,如果下落的物体具有足够大的速度,那么它将一直运动下去,形成“惯性系”,此时重力和空气阻力的方向相反,且大小成正比。当空气阻力增大到跟重力相等的时候,物体速度减至0.

通过以上分析,我们可以得到以下数学表达式: v_{m}^{2}=\frac{g}{2}^{2} (1-cos \theta ) v_{0}^{2}=\frac{g^{2}}{4}(\frac{l}{\delta }+\theta) 所以,当角度大于135°时,即cos \theta <0,有0

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