4.24 对飘球的原理、特点诸问题的再探讨
<p>对飘球的原理、特点诸问题的再探讨
许浒</p>
<p>研究目的：
飘球形成的原理以及飘球的特点是什么</p>
<p>文章脉络：
1 写在前面的话
飘球产生的原理大概有以下几个观点：
（1）因受不规则气流影响而产生飘晃为主的看法
（2）因受弹性形变产生推动而引起飘晃为主的见解
（3）因力偶效应产生转动而引起飘晃为主的观点
2 赵文观点的核心所在及存在的问题
排球上气门的存在使球体的重心不能落在球心上。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=c39c14bc6f8eae658860aae0e2a405f8&amp;file=file.png" alt="" />
X点为球的重心，P点为球心，F表示重力，F'表示流体对球的作用力。在飞行过程中，重心一方迎风面积小，所受阻力也小，球心一方迎风面积相对较大，所受的阻力也大。随着重心与球心位置关系的不断改变，球体的飞行轨迹也不断改变。
存在的问题：
（1）实际中的飘球产生飘晃时是否都需要先转动180°
（2）平冲延伸飘球是否存在来回转动
（3）如果球心和重心没有差异的排球是否存在晃动的可能性
（4）重心与球心的差异对飘晃的影响到底有多大
（5）发出的球的飘晃程度是否随着球速的减慢而减小，飘晃度是否和下图所示一样
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=b07995cf736312f246dd77c4c3de7936&amp;file=file.png" alt="" />
（6）是否能排除排球本身光滑程度的影响
（7）“180°>X>-180°”表示方法让人不易理解
（8）插图F'和F方向有误</p>
<p>3 对赵文诸观点的不同看法
1 关于重心与球心的误差问题
（1）作者认为气门只占总重量的1.89%，其误差并没有那么突出。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=1e4a923ba4a013f05927139887940a49&amp;file=file.png" alt="" />
按理来说自由落体的物体较重的部位是先落地的，但排球在落地时其球面着地部位很不一致。尤其是好多球是在不转的情况下落地的，但也有一些球有转动现象，但不是一正一反的反复转动。</p>
<p><img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=122c80fc9843ec4fdaf37973e03e02fa&amp;file=file.png" alt="" />
通过风洞试验发现，即使球不能轻易转动，球仍然产生飘晃。由此可见，排球的球心与重心的差距是客观存在的，但不是引起飘晃的主要因素。
2 对力偶效应和形变引起飘晃的始末过程的不同看法
（1）想象中
由大到小逐渐消失
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=3eea1bed2b6b0406d1a3cdcd54bc1bcd&amp;file=file.png" alt="" />
（2）实际上
在空间运行约2秒钟左右，形变与复形的产生将会在初飞行阶段很快消失
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=f4f23deb7ea9fc67d470e374793ef0f3&amp;file=file.png" alt="" />
（3）实际发出的飘球
刚离手时并不飘，但经过一定距离时，才出现明显飘晃，飘晃最明显的常在S2、S3、S4段，特别是S3、S4段
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=9abf927c05fed8c60ce99f9625caa8a9&amp;file=file.png" alt="" />
（4）进行风洞试验，使球不转动不形变，看球是否会产生飘晃。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=66c03ca48f8d03e425fd9810df2d08c0&amp;file=file.png" alt="" />
图中显示出，球速在5m/s-20m/s的范围内晃动比较明显，特别是球速在10m/s-15m/s时，飘晃的距离和频率更加显著。
（5）自由下落的球在不产生形变和转动的情况下，下落时仍然存在飘晃。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=b254ec20e00fddd4f9a6af1b589c2ae5&amp;file=file.png" alt="" />
据观察，球下降6米左右时，才会出现偏离垂直轨迹的可能。</p>
<p>根据上述情况可以得看出，形变引起飘晃的观点以及力偶效应引起飘晃的观点都不是引起排球飘晃的绝对因素。
3 关于力偶问题
（1）力偶的形式及其在发球中的效应现象
球的转动是与力偶有关的，所谓发出的旋转球就是力偶效应的现象
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=f3ce65288dd1c166ff3e692a3aeaef02&amp;file=file.png" alt="" />
这并不是飘球的象征，而是一般旋转球的原理特点。
（2）力偶在发球中并非普遍存在以及力偶在飘球中偶然效应的特点
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=4ae5d243da2d69cbf06d0aac6c89a0ea&amp;file=file.png" alt="" /></p>
<p><img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=5a5b921a04fc73e9b8dffc169daf15b2&amp;file=file.png" alt="" />
假定球因受阻力面的大小不等的影响产生转动，但当球心与前进方向转在一条线上时，正面阻力瞬时处在平衡状态、力偶效应就会瞬时结束。但当球又要继续向上转动时，由于阻力的增大球无法继续向上转动。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=158f14295564e0da35f6346dfabcf03b&amp;file=file.png" alt="" /></p>
<p><img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=21d0f2d462571ed0af9d51fce9b148bc&amp;file=file.png" alt="" /></p>
<p>飘球有时会在后期出现转动，作者认为可能的原因是：
（1）排球是圆形的物体，圆形物体滚动摩擦的阻力较小，因此会出现转动现象
（2）受不规则气流的影响，阻力面压差有了较大的变化
（3）不能排除球在构造上重心与球心之间存在的几何差异，如制造上不同、使用后各部位薄厚程度不一致、有气门嘴的存在、经常扣打使球体某些部位凹凸不平等。
（4）球体重量较重的部位可能会引起转动
（5）重心与球心几乎没有误差或误差较小的球由于表面光滑程度不一致，承受的压力也不同
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=b2086838e94e1a4a18cef02bce792351&amp;file=file.png" alt="" />
当球向C方运行时，靠近B方的是顺流区，A方是非顺流区，A方的流体压强大，摩擦阻力也大，因此球除了能向B方积极下沉外，还有向上转动的可能。
（6）由于球在运行过程中的飘晃，原来的正面区可能变成了侧流区，原来的侧流区可能变为前进方向。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=0ed9a90ba93edb721390fd89d340d922&amp;file=file.png" alt="" />
4 转动的球是怎样产生飘晃的呢？
（1）球在稳流状态下，流体偶合现象导致飘晃的可能性。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=a5916c83dc9d742ec0a92a314bb70152&amp;file=file.png" alt="" />
在稳流情况下，转动中的球能飘晃的原因有：
A 转动惯量要小
B 流体接触球体某部位时密度要大，流速要快
C 流体接触球体某部位时球面要光滑
这三种因素同时出现时叫偶合现象，这种现象导致旋转球产生飘的可能。
（2）在紊流中不规则气流与旋转的偶合所产生飘晃的原因
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=64e4210d91fb907baae01b86f0f17929&amp;file=file.png" alt="" />
5 关于实验与实际之比引起飘距差异的探讨
（1）实际中球速与正面阻力随球速的减慢而逐渐减小
（2）实验中球飘晃偏离正常轨迹的距离大概在0.5-0.6m，甚至更大；而实际发出的飘球偏离正常轨迹的最大值约在0.3m左右。
4 飘球的特点
飘球的最大特点是不按照物体运行的正常抛物线轨迹运行。发出的飘球表现形式有以下几种现象：
（1）大多数球是在不转的情况下产生飘晃的
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（2）少数球在飞行后期会出现轻微的转动和飘晃的现象，转动常表现为沿一个方向转动或转上一圈、半圈又不转动，几乎没有反复一正一反转动的现象。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=d8b74ad31adbc10e64ff4397fbb37309&amp;file=file.png" alt="" />
（3）少数球不转也不飘晃，有时还会突然下沉。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=7a108dea782a44d48fac781808b51373&amp;file=file.png" alt="" />
（4）过网前或刚离手时就伴有轻微转动的球，大部分一般不飘晃，也有偶尔突然飘晃的现象存在。
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=4a6c3d6711cc3905c5b6233aa99aa5e5&amp;file=file.png" alt="" />
（5）飘晃前伴有轻微转动，但轻飘晃后又消失了旋转能力，突然失速落地</p>
<p><img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=976dbc7c95fb67d4745e2a199f1cb897&amp;file=file.png" alt="" />
（6）大部分激急旋转的球，一般都不会飘晃；但在室外发球时，不规则气流较大，也会出现不按正常轨迹落地的现象
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=c8c4d9980cf9982d06ce6c959533e9d3&amp;file=file.png" alt="" />
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=c9b227dc44c79207efbb1c269282225e&amp;file=file.png" alt="" />
（7）极少数的球刚离手时轻微转动，中期产生飘晃，转动消失，快落地时，偶尔又出现轻微转动
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=34bd75a23e9068557b8f0e3531bc900f&amp;file=file.png" alt="" /></p>
<p>值得重视的几个因素
1 重量与迎风面的特点
<img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=849bbd7664be708e62e9150178ac2db9&amp;file=file.png" alt="" />
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结论：重量轻是排球能飘的主要前提，迎风面积大是造成排球按照正常轨迹运行的最大障碍，而球体周围流体差异的瞬时存在，是引起球体脱离正常轨迹的导火索。
2 圆形物体在不同速度的情况下阻力差的变化特点
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圆形物体在快速运行的情况下，附面层分离较早，尾涡区较宽，正面迎风面积较大</p>
<p><img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=18fc3cfd5fb112ef56548f4f43a8966d&amp;file=file.png" alt="" />
流线形物体在快速运行时，流体附面层分离较晚，流线较长，尾涡区很小，正面迎风面积也较小</p>
<p>由于排球的正面阻力相对较大，因此受流体摆布的可能性也就较大，所以不旋转的排球在运行时会出现晃动的现象。流体压强差异的变化，对飘球飘晃起主导作用。其飘晃的可能性要在一定范围之内，即5m-25m/s，才最容易出现飘晃，并不是随球速增大而增大，随球速减小而减小。
3 球体表面光滑程度不同，是导致阻力差的主要根据
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新球在快速时阻力占总重量的118%，而旧球在快速时占总重量的280%。不仅要从不同新旧程度的球体上去寻找阻力差产生的原因，而且要注意从某一个球上去寻找压强差异产生的原因。
4 球体表面光滑程度的部位不同以及不同部位对流体压强的影响
球体本身能导致流体压强的产生，是球的内在因素。
5 没有缝合凹沟像皮球是否就不能导致流体压强差？是否就不可能飘晃？
球体在飞行时，由于流体的粘滞阻力作用，会有一层附着层紧砌球体表面，附着层流体遇阻，就会产生流体波动，这样就影响整个流体速度。光滑的像皮球遇阻出现的波动也许较小，但这种现象一定是客观存在的。
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6 雷诺数与阻力系数的相应变化，导致飘晃程度变化的可能性与偶然性
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阻力系数与雷诺数的变化是由于流体分离点的位移而变化，从而也必然导致流体压强差的极大变化。
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图中是球在快速时的平冲飘球的流体与球体表面附面层的分离状态</p>
<p>通过实验可以基本证明，“十八块球皮的缝合线条方向与相对流体不完全对称，有顺流区，也有非顺流区，是产生流体压强差异的根本原因之一”这个观点是基本正确的。</p>