采用格子Boltzmann方法研究不同环境温度对乒乓球运动轨迹影响

摘要

在乒乓球轨迹仿真研究中,多数不考虑空气对乒乓球作用以及旋转速度的变化对乒乓球轨迹的影响.根据专业人员的带队经验、自身经验以及球员对环境变化的反应,乒乓球运动不仅要考虑旋转速度对乒乓球影响,且需要考虑不同环境条件对乒乓球的影响以及存在多大的影响.环境温度是影响空气粘性的重要参数,进而对运动的球体升阻力、运动速度以及旋转速度产生影响,使之飞行轨迹发生变化.采用基于格子Boltzmann方法的无网格算法研究连续3届奥运会乒乓球比赛期间环境平均温度对乒乓球运动轨迹的影响,获取乒乓球运动轨迹、速度及旋转速度随时间的变化规律曲线,并通过对乒乓球运动过程中速度场的变化探究其流动机理.结果表明:乒乓球运动速度与旋转速度受空气阻力作用发生较大变化;乒乓球旋转作用导致乒乓球尾流上侧的速度大于其下侧速度;温度上升5℃乒乓球落点位移增加50％的乒乓球半径,时间上远小于人体反应时间,并且碰撞后反弹角度分别为:25°、27°以及26.8°,温度越高该角度越小.因此,乒乓球员训练时应结合环境温度的变化,可以增强球员对环境变化的适应性.从而在对于环境温度发生变化时,球员对于乒乓球的接球位置、时间、角度以及力度可作出适应性的变化进而发挥其正常水平.