乒乓球，王楚欽作為我國(guó)的大賽單打?qū)Ρ葒?guó)球，不僅是首冠賽勝一項(xiàng)深受群眾喜愛的休閑運(yùn)動(dòng)，更是乒乓我國(guó)在國(guó)際體育競(jìng)技場(chǎng)上的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目。

2025多哈世乒賽男單決賽，中國(guó)選手王楚欽4比1戰(zhàn)勝巴西選手雨果·卡爾德拉諾奪得冠軍 圖片來源：央視新聞

但 為成績(jī) 自豪的負(fù)影同時(shí)，大家有沒有注意過乒乓球比賽的王楚欽細(xì)節(jié)呢？ 比如： 小小的乒乓球，是大賽單打?qū)Ρ热绾螕碛芯薮罅α康哪兀?為什么賽前裁判要特地檢查比賽雙方的球拍？ 大家為什么要自帶球拍，每個(gè)人的首冠賽勝球拍不一樣嗎？

東京奧運(yùn)會(huì)孫穎莎和伊藤美誠(chéng)在賽前相互檢查球拍 圖片來源：截圖自央視

Part.1

電光火石間

乒乒乓乓中的撞擊動(dòng)力學(xué)！

首先，乒乓我們要知道，球拍賽場(chǎng)上“乒乒乓乓”，負(fù)影往復(fù)飛躍，王楚欽主要源于球和拍之間的大賽單打?qū)Ρ茸矒魟?dòng)力學(xué)過程。比賽中，首冠賽勝球和球拍的碰撞接觸時(shí)間僅為千分之一秒，乒乓球飛行速度最高可達(dá)每秒47米！電光火石之間，球拍表層的橡膠和海綿會(huì)因?yàn)榍虻目焖贁D壓而變形、同時(shí)吸收動(dòng)能儲(chǔ)存變形能（當(dāng)然，球也會(huì)變形儲(chǔ)能，球拍底板也會(huì)發(fā)生微小變形）；當(dāng)總動(dòng)能達(dá)到某個(gè)極小值時(shí)、形變達(dá)到最大值，此后海綿和橡膠層形變恢復(fù)，變形能快速釋放，轉(zhuǎn)化為乒乓球的動(dòng)能，于是乒乓球“脫板”而飛，抵達(dá)對(duì)方隊(duì)員球拍后，又會(huì)開始下一次的碰撞與飛躍。

球和球拍的碰撞（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1] ）

如果在擊球瞬間，乒乓球的受力方向沒有通過球心，切向摩擦力就會(huì)使球發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。除了球和拍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)外，影響切向摩擦力的主要原因是球與拍的材質(zhì)和工藝，因此，通過優(yōu)化技術(shù)可以制造出更高級(jí)的球和球拍，讓擊球更具“殺傷力”。

Part.2

球拍為何要仔細(xì)檢查？

看完你就懂了！

目前的國(guó)際比賽中，乒乓球是由賽場(chǎng)統(tǒng)一提供的，但球拍卻是隊(duì)員自行攜帶的，這是為什么呢？

因?yàn)榍蚺牡氖褂闷鹾现\(yùn)動(dòng)員的自身特點(diǎn)和習(xí)慣，往往需要長(zhǎng)時(shí)間的磨合才能提升技巧水平、達(dá)到“人拍合一”的境界，而乒乓球本身則影響沒那么大。

但從另一方面而言，球拍的自行攜帶機(jī)制也從硬件上給比賽帶來了極大的不確定性！

可以想象，為了爭(zhēng)取更大的勝利，各國(guó)都會(huì)投入大量研發(fā)工作來提升球拍性能，球拍結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜；縱觀乒乓球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，技術(shù)打法的革新與球拍變革息息相關(guān)。

目前，球拍大都由底板、海綿和膠皮三部分組成，隨著這三部分結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，技術(shù)打法越來越追求快速、強(qiáng)旋轉(zhuǎn)，重視“幾招斃命”、回合減少的“速效”打法，但同時(shí)，這會(huì)顯著降低乒乓球比賽的觀賞性和趣味性，讓“拼體育技術(shù)”變成了“拼工業(yè)技術(shù)”，與奧運(yùn)的競(jìng)技精神可不相符。

乒乓球拍（圖片來源：Veer圖庫(kù)）

好在，國(guó)際乒聯(lián)對(duì)直接影響球拍和球撞擊過程的重要參數(shù)上給出了系列規(guī)范。雖然目前對(duì)球拍的形狀和重量沒有統(tǒng)一規(guī)定，但在球板特性方面作了強(qiáng)制性要求，包括：球板應(yīng)當(dāng)足夠平整、堅(jiān)硬；球拍底板中天然木料層占比不小于85%，木料間粘接層等輔助材料厚度不大于總厚度的7.5%、也不能厚于0.35mm，海綿層厚度不大于0.4mm；以及，橡膠層不允許使用長(zhǎng)膠等等。

因此，為了進(jìn)一步保證比賽的技術(shù)公平性，賽前會(huì)有專門的檢測(cè)處對(duì)球拍進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容主要包括球拍表面平整度、球拍表面光澤度、水溶性膠水和膠皮海綿合法性等等。

這下，你明白為何運(yùn)動(dòng)員的球拍為何要被一一檢查了嗎？

在球拍的發(fā)展歷程中，還有一個(gè)小插曲——早期運(yùn)動(dòng)員曾使用到有機(jī)溶劑溶解橡膠精制成的快速膠水，來實(shí)現(xiàn)多變的撞擊以控制球速和轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)樗谡澈锨蚺牡装搴秃＞d層時(shí)，能在短時(shí)間內(nèi)形成特殊的分布式氣囊結(jié)構(gòu)；然而，這種快速膠水對(duì)人體傷害很大，所以漸被禁用，而球拍是否含有快速膠水也成一項(xiàng)重要的檢測(cè)指標(biāo)。

Part.3

人靠衣裝馬靠鞍

乒乓選手看底板

球拍底板雖然不直接觸球，但卻是整個(gè)球拍的承力主體。 和底板相關(guān)的參數(shù)有： 硬度、彈性和底勁。 “底勁”又是啥？ 從力學(xué)上簡(jiǎn)單地講，它可以理解為防止球與拍碰撞能量耗散的一股“勁兒”。 最有“底勁”的極限理想情況是“存多少、就能取多少”。 一般而言，球拍底板木料不多于七層，因?yàn)閷訑?shù)越多、表現(xiàn)越硬，所以快攻選手往往選用七層硬木板、弧圈選手則常常選用五層夾芯軟底板，真是“人靠衣裝馬靠鞍，乒乓選手看底板”。

新材料、新工藝的加持，特別是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展和支持，讓球拍底板力學(xué)性能提升很快。纖維類型良多、選擇頗有講究：典型的有碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維及其混編體。

其中，高強(qiáng)玻璃纖維底板最適合現(xiàn)代鞭打式擊球，手感上它最接近純木底板、但是變形恢復(fù)速度又遠(yuǎn)超實(shí)木底板；比重輕、剛度大的碳纖維底板，撞擊變形恢復(fù)時(shí)間短、回球加速快，可以幫助運(yùn)動(dòng)員制造高速低弧線球；芳綸纖維底板底勁充足，而且能減輕撞擊震動(dòng)，長(zhǎng)期使用更有利于保護(hù)運(yùn)動(dòng)員手腕；不難想象，芳綸纖維和碳纖維混編底板或許能兼具二者優(yōu)勢(shì)，既有足夠快的脫板速度、又有足夠柔和的手感。

總之，底板取材豐富多彩，因人而異各取所需，真可謂“量體裁衣”了。

Part.4

膠皮、海綿：

與底板相輔相成的軟性材料

乒乓球拍用的海綿是一種發(fā)泡橡膠，粘貼在底板和膠皮之間。 海綿夾層的主要作用是拉長(zhǎng)球和拍的接觸時(shí)間，提高球拍整體彈性及其摩擦切球能力。

從力學(xué)性能上粗略劃分，海綿可分為高彈和低彈兩種類型：高彈海綿回彈大、壓縮負(fù)荷比高，用高彈海綿的球拍能打出較高的旋轉(zhuǎn)和速度；低彈海綿反彈小、因此又名惰性海綿，低彈海綿球拍控球穩(wěn)健、容易控球，在制造旋轉(zhuǎn)時(shí)擊球運(yùn)動(dòng)員需要發(fā)揮更多自身力量。

作為直接接觸球體的膠皮，其工藝技術(shù)更是日新月異。簡(jiǎn)單地說，當(dāng)前乒乓球拍主要用到兩類膠皮，即顆粒膠和反貼膠。其中，顆粒膠膠皮顆粒朝外，當(dāng)顆粒直徑等于、大于或小于顆粒長(zhǎng)度時(shí)，它又分別稱為正膠、生膠和長(zhǎng)膠。反貼膠膠皮顆粒朝內(nèi)，通常需要搭配厚的硬海綿，而自身又厚又硬的反膠就叫防弧膠，則需要相對(duì)松軟的海綿配合。不難理解，不同膠皮對(duì)乒乓球具有不同的摩擦能力，這就可以配合不同的技術(shù)打法。

優(yōu)化的膠皮、海綿搭配與底板性能的發(fā)揮相輔相成、相得益彰。

最終，膠皮、海綿和底板的不同組合讓球拍們展示出各有千秋的特別性能。

Part.5

球的變遷：

ABS與大球時(shí)代

說完球拍，咱們也說說球。

為了增加乒乓球運(yùn)動(dòng)的觀賞性，2000年，國(guó)際乒聯(lián)將其直徑從38毫米增加到40毫米，開啟了乒乓球的大球時(shí)代。

大球飛行阻力更大、旋轉(zhuǎn)時(shí)空氣摩擦力矩也更大，且自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也大，因此大球的飛行速度和旋轉(zhuǎn)速度也更低。想讓球快速轉(zhuǎn)起，運(yùn)動(dòng)員往往需要付出更大努力。

與球拍的變遷史類似，乒乓球本身的材料也是幾經(jīng)更替。2014年，服役百余年的賽璐珞球被換為安全環(huán)保的無縫塑料球，因?yàn)橘愯寸笥卸厩乙兹迹o航空運(yùn)輸帶來很大困難。 然而，在干冷環(huán)境里，由于冷縮、干縮和冷脆等力學(xué)效應(yīng)，無縫塑料球容易破裂，有數(shù)據(jù)顯示其損耗率比賽璐珞球至少高出20%。不過在干冷環(huán)境里，無縫塑料球容易爆裂，損耗率比賽璐珞球高20~30%。 所以，2017年，世乒賽開始廣泛采用ABS材質(zhì)，作為一種三元共聚物，ABS具有更好的性能和更低的成本。

乒乓球（圖片來源：Veer圖庫(kù)）

“工欲善其事，必先利其器”，球與拍就是是乒乓賽場(chǎng)的武器裝備。對(duì)于運(yùn)動(dòng)員來說，好的裝備能以更大限度的發(fā)揮出高水準(zhǔn)，給觀眾帶來更炫的表演?？v觀乒乓球發(fā)展史，球拍和球的技術(shù)進(jìn)步互為挑戰(zhàn)，相輔相成：球拍不斷朝著彈性更高、摩擦操控性更強(qiáng)的方向發(fā)展，目的是使球速更快、運(yùn)動(dòng)軌跡更難以捉摸；乒乓球卻是朝著體積更大、慣性更大的方向發(fā)展，目的是使它飛行更穩(wěn)定、精彩更持久。

乒乓球在變，球拍也在變，但是努力拼搏的中國(guó)乒乓球的精神不變，世界和平的奧運(yùn)精神不變，讓我們祝福所有健兒再創(chuàng)佳績(jī)！

參考文獻(xiàn):

1.乒乓球的前世今生[J]. 走近科學(xué), 2009, 000(002):52-57.

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3.費(fèi)曼. 物理講義 第一卷[M]. 北京:世界圖書出版公司，2008:4-5

4.王吉生. 如何進(jìn)行乒乓球底板與海綿膠皮的選擇搭配[J]. 乒乓世界, 1999(4).

5.中國(guó)乒乓球協(xié)會(huì). 乒乓球競(jìng)賽規(guī)則[M]. 人民體育出版社, 2003、2011.

6.蘇清強(qiáng), 王浩峰. 乒乓球拍底板材料與底板性能分析[J]. 新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2010.

7.劉瓊. 簡(jiǎn)析乒乓球球拍的演變與革新[J]. 運(yùn)動(dòng), 2016, 000(024):134-135.

8.陳偉勝, 楊敏. “防抱死”乒乓球成賽場(chǎng)新寵[N]. 廣州日?qǐng)?bào), 2017-10-07.

出品：科普中國(guó)

作者：劉聰、吳臣武（中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

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