你懂排球中的物理原理嗎？

梁水源

2020年國慶期間，幾經周折，由中宣部與國家體育總局聯合拍攝的國產影片《奪冠》終于上映了。影片帶領觀眾重溫中國女排激情燃燒的歲月，在為中國女排吶喊之余，你知道排球的技術動作背后有著怎樣的物理原理嗎？

排球是一種廣為流傳的體育運動項目，排球運動對人體力量的把握能力和技能要求較高，這就需要利用物理學知識來提升排球運動水準。其實，打排球時的準備姿勢、移動傳球、墊球、發球等動作都蘊藏著諸多物理原理。排球運動員站立時，重心和支撐面邊緣的連線形成一個三角形，可以保證運動員在運動中的穩定性，其重力作用線和重心至支撐面邊緣相應的連線間的夾角被稱為穩定角，穩定角越大，支撐面越大，重心越低，越平衡穩定。因此，運動員通常會采取半蹲姿勢準備，以增大穩定角，降低重心。

眾所周知，按照牛頓的第三定律，力的作用是相互的，每一個作用力均會存在一個與它大小相等，并且方向相反的反作用力。于是，排球運動員為了提高移動的加速度，除了增加蹬地的作用力之外，適當地減小蹬地角也有利于獲得最大的水平方向加速度。

我們可以看到，排球運動員在傳球時通常會十指張開呈半球狀，這是因為當合力方向相同、大小相等時，分力越多，一個分力的擾動就越不容易對球的方向造成偏離。傳球時，擴大出球面增加出球點，能提高球的靈活性，使運動員可以更好地控制球的方向。

而在墊球時，排球運動員的手臂與手掌成三角形，同樣可以確保墊球手臂的穩定性。若球不旋轉，運動員可以利用入射角與反向角的原理擊球。若來球旋轉，除了球給手臂一個作用力和手臂給球一個反作用力外，球的旋轉力也會作用于手臂，而手臂也要給球的旋轉一個大小相等、方向相反的反作用力。這樣，球觸手后，反彈方向則為反彈力和旋轉反作用力的合力方向。

由于規則的限制，發球時和擊球時運動員主要是通過作用力的變化，來使球體獲得不同程度的動量變化。沖量與動量作為我們對物體受力情況以及物體速度之間變化的研究規律，也被作為物體運動過程中必須要遵守的物理規律。物體動量的增量等于它所受合外力的沖量，或所有外力的沖量的矢量和。所以，在排球比賽中，防重扣球和接大力發球時，由于來球的力量較大，不但不能主動用力還擊來球，還要用手臂隨球屈肘后撤，加長受力距離和時間，減小球給手臂單位時間力量，以達到緩沖的目的。

發飄球時，排球運動員要使作用力通過球體重心，使球不發生旋轉。擊球時，手和球的接觸面要小，發力突然、短促，手腕跟球的時間要短。這樣飄球的運動軌跡就會周期擺動，或是以突然失速下墜的方式運動，而不是沿拋物線軌跡運動。扣球時，運動員發揮上體和手臂向上的加速作用，通過制動增加踏跳時給地面的作用力，從而增加了支撐反作用力，用力跳起，擊球動作就像鞭打的動作，運用力學原理使其末梢部分產生極大的運動速度。攔網時，起跳特別講究下蹲的角度，對髖關節、膝關節、踝關節角度都有很嚴格的要求，從力學角度講，這些要求容易發揮各肌肉群的最大力量。

俗話說：“外行看熱鬧，內行看門道。”想要真正看懂排球，就得明白其中的物理原理，包括排球表面的空氣動力學。