加入时间:2024-01-16 18:20 访问量:2204 信息来源: 知识就是力量 2023年12期
层层叠叠,各司其职
不同球类的运动规则不同,对球的结构要求也不同。总的来说,运动球类可以根据其结构分为空心球和实心球两大类。
对于大多数空心球(例如篮球、足球、排球、网球等)而言,它们的内部结构大体可以分为内胆和外壳——内胆提供球的弹性,外壳的各层提供保护、支撑等功能。下面,让我们以篮球为例,看看它的具体结构是什么样子的。
通常,篮球内部结构从内到外分为4层——内胆、缠纱、中胎、表皮。
内胆:篮球比赛中,运动员通过不断运球(用单手连续拍按或双手交替拍按由地面反弹起来的球)发起进攻,这就要求篮球要有足够好的弹性。篮球的内胆如同人的心脏一般,是产生弹性的主力。它将空气密闭起来,维持球体的气压。为了提供较好的弹性,内胆往往采用较为柔软且富有弹性的橡胶材料。
缠纱:打满气的内胆就像一个圆鼓鼓的气球,被尖锐物体轻轻一碰就可能爆破。为了保护内胆,人们将纱线均匀地缠绕其上,形成由几十层纱线构成的缠纱层。一般情况下,1个篮球的缠纱层就需要耗费超过2000米的纱线,纱线的选料为尼龙。如果缠纱层的质量不好,可能会引起篮球鼓包、变形。
中胎:包好缠纱的内胆虽然弹性十足,但缺乏硬度,这会使其在使用中变形。因此,在两者外部还需要再增加一层负责维持结构强度的中胎。中胎通常也由橡胶材料制成。
表皮:篮球的表皮,便是我们平时观察到的最外层结构。我们的手和篮球反复不断地贴紧、分离,所以,表皮不仅有保护作用,还需要提供合适的摩擦力,以防篮球在我们手中“滑走”。表皮的材料通常由聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)或牛皮等制成。
篮球中的物理知识
内胆气压与弹性
如果篮球太久没用,球中的气压变小,它的弹性就会大大降低;如果篮球刚刚充完气,球中的气压较高,就会弹性很强,甚至远远超出平时的弹跳水平。这是为什么呢?
在一次完整的篮球反弹过程中,它以一定速度与地面撞击,并发生一定程度的形变,这种形变会吸收篮球撞击前的大部分动能。
当篮球内部气压较低时,动能几乎全部被篮球的外壳吸收。由于外壳没有很高的弹性形变能力,这部分由外壳吸收的能量很难再次转化为篮球的动能,篮球也就很难反弹到之前的高度。
而当篮球内部气压较高时,篮球的动能主要被其内部充满空气的内胆所吸收。内胆因具有较高的弹性形变能力,会将动能转化为弹性势能并迅速释放,使球体挤压地面。篮球受到的来自地面的支持力大于重力(地面给予的支持力方向向上,重力方向向下,篮球所受合力向上),因此获得了一个向上的加速度;经过加速的篮球再次获得了与碰撞之前大小相同、方向相反的速度,最终回到我们的手中。