La física básica y las matemáticas del tenis de mesa

Mi agradecimiento al autor invitado Jonathan Roberts, quien amablemente se ha tomado el tiempo de escribir sobre la física del tenis de mesa, ahorrándome la necesidad de tensar mi cerebro tratando de resolver esto!

En primer lugar, una breve introducción a las matemáticas que se usa para describir el tenis de la mesa. Hay un puñado de fórmulas que se utilizan, que un hombre llamado Sir Isaac Newton derivó en su trabajo monumental Philosophae naturalis Principia Mathematica. Por cierto, este trabajo generalmente se considera el trabajo más importante jamás escrito en la historia de la ciencia, y considero Newton como el mejor científico que ha vivido jamás.

Explica con precisión cómo los objetos se mueven de la escala de los objetos interestelares (galaxias, estrellas, planetas, cosas muy grandes, etc.), hasta las cosas en la escala de aproximadamente 1000 de milímetro o 1 micrón. Después de eso, este modelo del universo comienza a romper.

De todos modos, esta es la física y las matemáticas del tenis de mesa en el universo newtoniano.

Las fórmulas básicas que se utilizarán aquí son:
P = w ÷ t
W = FS
F = ma
a = (v - u) ÷ t NOTA: Esto generalmente se reorganiza a V = U en
T = RF
Nota: Cuando dos letras están una al lado de la otra, significa multiplicación. Esta es la notación correcta. Tome la segunda fórmula como ejemplo, W = FS Esto se expresa como W = F multiplicado por s o W = f x s.

Dónde:
P = potencia (la cantidad de empuje que se aplica)
W = trabajo (la cantidad de energía que se consume)
t = tiempo (duración del tiempo se aplica la potencia)
F = fuerza (básicamente la cantidad de gruñido que tiene el disparo. Similar a P pero sutilmente diferente)
s = desplazamiento (esto esencialmente se traduce en distancia, excepto bajo ciertas circunstancias)
m = masa (peso de la pelota, fijado en 2.7g)
a = aceleración (cambio en la velocidad durante un período de tiempo determinado)
V = Velocidad (velocidad del disparo)
u = velocidad inicial (qué tan rápido se golpea la pelota)
T = par (la cantidad de fuerza de giro que se aplica)
r = radio (la longitud desde el medio de un círculo, hasta el perímetro.)

P = w ÷ t

Para ganar más fuerza En tus disparos, tienes que hacer más trabajar o tomar menos tiempo En tus disparos. El tiempo En un disparo se refiere al momento en que la pelota está en contacto con la raqueta que se fija en aproximadamente 0.003 segundos. Por lo tanto, para aumentar el Trabajar Hecho, la segunda ecuación debe ser examinada:

W = FS

Si la cantidad de Fuerza aumenta, entonces el Trabajar El coeficiente aumenta. La otra forma es aumentar el Desplazamiento, Pero eso no se puede hacer ya que la longitud de la tabla es fija (técnicamente, lanzar o bucle la pelota aumentará la Trabajar Hecho, ya que la pelota tiene que cubrir una distancia más grande que la pelota que apenas despeja la red). Para aumentar Fuerza, la tercera ecuación debe ser examinada.

F = ma

Para aumentar el Fuerza, el Masa de la pelota debe aumentarse, lo que es imposible, o el Aceleración necesita ser aumentado. Para aumentar el aceleración, Analizamos la quinta ecuación.

a = (v - u) ÷ t

El resultado del cálculo entre los soportes debe calcularse primero (es una ley matemática). Por lo tanto, quieres maximizar el aceleración, minimizar el velocidad inicial. Para maximizar el velocidad, Tienes que golpear la pelota tan fuerte como puedas. El velocidad inicial es algo sobre lo que no tienes control, ya que es lo difícil que te golpea la pelota. Sin embargo, como el velocidad inicial viene hacia ti, su valor es negativo. Entonces en realidad se agrega a tu velocidad, Como restar un número negativo en realidad significa que agrega los dos términos (otra ley matemática). El tiempo permanece fijo, por el motivo explicado anteriormente.

Por lo tanto, esto demuestra por qué cuanto más duro golpeas la pelota, más Fuerza tendrá.

Pero, la velocidad no es todo en el tenis de mesa. Hay giro, que ahora se discutirá.

Velocidad de reacción en el tenis de mesa

Desde una perspectiva biológica, hay límites de lo rápido que el cuerpo puede reaccionar ante un estímulo. Hay una diferencia en este tiempo entre un estímulo de audio y un estímulo visual. Técnicamente respondemos más rápido a un estímulo de audio que un estímulo visual, 0.14 de un segundo en comparación con 0.18 de un segundo respectivamente. Por lo tanto, si puede resolver todo sobre el disparo, necesita simplemente escucharlo, eres 0.04 o cuatro centésimas de segundo más rápido que cualquier otra persona que haya jugado tenis de mesa antes.

Los buenos jugadores (incluso los jugadores promedio como yo) aún pueden deducir mucho de lo que está haciendo la oposición, simplemente escuchando el ruido que hace la pelota cuando contacta el bate. Por ejemplo, un ruido de cepillado de la pelota en el bate te dice que el giro se ha puesto en la pelota, golpear un bucle dará este efecto. Un 'Pock' más nítido le dirá que la pelota ha sido golpeada de manera bastante sólida, y también le dirá que están usando una goma delgada. Es, por supuesto, legal pedir ver el bate de la oposición, por lo que escuchar el ruido para decir qué grosor se está utilizando el caucho es algo que se puede hacer.

Algunas personas dicen que cuando la pelota golpea la mesa puede decir si la pelota es hilada. Personalmente, no puedo, pero no me sorprendería que los jugadores de élite puedan.

En el tenis de la mesa, el tiempo total promedio para reaccionar a un disparo suele ser alrededor de 0.25 de un segundo. Con mucho entrenamiento y mucha práctica, esto se puede reducir a 0.18 de un segundo. Este es uno de los grandes factores en lo que separa a los grandes del tenis de mesa, de los mejores jugadores de grado A. En los niveles de élite del deporte, incluso ser la fracción más pequeña de un segundo (1/1000) más rápido comienza a marcar la diferencia.

Torque en el tenis de mesa

T = RF
El par es una fuerza que ocurre cuando se aplica en un ángulo alrededor de un punto fijo. Esto suele ser un círculo. Hay varios lugares que he visto de torque usado en el tenis de mesa. Algunos lugares comunes son:

1. Maximizando el giro en la pelota. Al hacer esto, se gira una esfera (la bola) aproximadamente un punto dentro de ella. Esto significa que cuanto más rápido está girando cuanto más alto sea el Esfuerzo de torsión.
2. Descansar el cuerpo cuando juega un tiro poderoso como un éxito. Relabas tus caderas, luego tu torso, luego tus hombros, la parte superior del brazo, la parte inferior del brazo y finalmente la muñeca. Esto aumenta el Radio del swing. Al golpear la pelota hacia el borde exterior de la raqueta, también aumentará el radio. No sé si esto se usa en el juego, ya que hacer esto significaría que la pelota está golpeando la raqueta fuera del punto óptimo y causando una pérdida de control.
3. Al servir un servicio de péndulo de derecha, una técnica es engañar al oponente minimizando la cantidad de giro en la pelota. Esto se hace contactando la pelota cerca del mango, minimizando así el Radio del swing.

Técnicamente golpear la pelota más fuerte (con una velocidad más alta) también aumenta el par, ya que este aumento de la velocidad da como resultado un aumento directo en la aceleración de la pelota. Como F = ma, un aumento en a conduce a un aumento directo en F, lo que a su vez conduce a un aumento directo en Esfuerzo de torsión.

i.mi.
a = (V - Utah
F = ma
T = RF

Energía
No se puede observar energía. Solo se pueden observar los resultados de la energía. Es decir, cuando una pelota se golpea con fuerza, estás observando la transferencia de energía del cuerpo del jugador al balón para causar ese disparo, no energía misma.

La energía se describe en dos formas (ignorando un puñado de otras formas, que, sin ser extremadamente técnicas en química y física nuclear, están más allá del alcance de este artículo). Estos son energía potencial y energía cinética.

Las fórmulas utilizadas son:

Energía potencial: E = MGH
Energía cinética: E = ½mv2

dónde

E = energía
m = masa
g = la aceleración debido a la gravedad (9.81001 ms-2 a 5 decimales si debe saber)
H = altura del objeto
V = velocidad

E = MGH
Esta es una representación de energía potencial. Esto representa la capacidad del objeto en cuestión para usar energía. Por ejemplo, si una pelota de tenis de mesa estaba en la mano y se quita la mano rápidamente, la pelota comenzaría a caer (debido a la gravedad). A medida que esto ocurre, la energía potencial de la pelota comienza a convertirse en energía cinética. Cuando llega al suelo, la energía cinética comienza a cambiar a la energía potencial, hasta que la pelota alcanza el pico de su rebote y comienza a caer nuevamente.

Teóricamente, esto debería continuar para siempre, ya que la energía no se puede crear o destruir (excepto en una reacción nuclear, lo que implica lo que probablemente sea la ecuación más famosa de la ciencia: E = MC2). La razón por la que no continúa para siempre se debe a la resistencia al aire, en forma de fricción y al hecho de que la colisión de la pelota y el suelo no son perfectamente elásticas (parte de la energía cinética de la pelota se convierte en calor, cuando Impacta con el suelo, y también hay cierta fricción entre el piso y la pelota).

Si desea realizar un experimento (puede ganar bastante dinero con este 'truco'), intente soltar una pelota de golf y una pelota de tenis de mesa desde la misma altura y ver cuál golpea el suelo primero. Ambos atacarán al mismo tiempo, ya que la resistencia debido al aire es casi exactamente igual. Otra forma es realizar el experimento en el vacío, aunque esta es más difícil de configurar. En ese caso, puede dejar caer una pluma y un ladrillo, y los dos golpearán el suelo simultáneamente.

Esto explica por qué un servicio con un lanzamiento de bola alta es más peligroso que uno lanzado solo 6 pulgadas de alto. La energía obtenida por el lanzamiento alto se puede convertir en girar o acelerar cuando la raqueta alcanza.

E = ½mv2
Esta fórmula muestra que cuanto más rápido golpees la pelota, más energía tendrá el disparo. Si la masa del bate es alta, también dará como resultado más energía en el disparo. Esto se debe a que los términos de masa y energía son directamente proporcionales a la energía.

¿Por qué la pelota de 38 mm es más rápida que la bola de 40 mm??

Como la bola de 38 mm tiene un radio más pequeño, también tiene una masa más baja y, por lo tanto, una energía más baja debido a la ecuación E = ½mv2. Por lo tanto, esto debería significar que la velocidad general de la pelota es menor. Pero, la bola de 38 mm es más rápida que la bola de 40 mm porque el aumento en el radio da como resultado un aumento en la resistencia del viento, frenando así la bola de 40 mm. Cuando se ocupa de objetos de baja masa como una pelota de tenis de mesa, la resistencia al aire es un factor importante para desacelerarlo.

Y esa es una introducción básica a la física del tenis de mesa.