关于篮球你不知道的5个物理原理
篮球这种运动是物理迷最喜欢的，在运动场上你可以运用你所学的物理学定律为篮球运动增添一些新见解。我们已经看到一些关于篮球的抛物线运动和碰撞、能量和动量等方面的互动软件或游戏。下面就向你介绍关于篮球运动的5项基本物理原理，看过之后应该会让你重新认识这项运动。
1 任何时候起跳，71%的时间你会停留在跳跃的上半段。
一般人可能会认为起跳时上半段和下半段的滞留时间应该是一半对一半。
请再思考一下这个问题，在离开地面的那一刹那你身体的速度达到最快，随着你慢慢升高你的速度渐渐下降，直到你达到跳跃最高点，这一瞬间你的垂直方向速度为零。过了这个瞬间你的下跌速度开始增加，直到你重新落地速度归零。因为跳跃上半段是全程中速度较慢的一段区间，在这段距离停留的时间更长。
时间有多长？要算出这个数字，我们需要知道物体从静止状态下落的时间取决于离地距离的平方根。计算物体下落到1/2高度的时间，只要将离地距离(1/2)开平方，也就是71%。
篮球运动员的滞空感的原理是他们71%的时间都在跳跃的上半程。
2 带球上篮或移动中射篮时，运动员需要将自己的速度加上篮球抛出的速度
现在想象一个人以匀速骑车直线前进，他沿垂直方向将篮球抛向空中，篮球离开他的手后，球和车依然以相同速度前进。
从骑车人看来，篮球是在骑车人
前方落地？
相同位置落地？
后方落地？
你认为结果会怎样？
如果你做出了你的推断，请看下面的视频。
为了弄明白为什么篮球会和骑车人同步，让我们来思考17世纪时伽利略做过的一个实验。
想象一艘匀速行驶中的船，就和前面提到的自行车一样。站在船桅杆上的伽利略朝下方丢竖直落下一块石头，刚好落到桅杆底部，并不像伽利略以为的那样落在桅杆后面。
如果当时在岸边的人们目睹了这一幕，在他们眼中伽利略的船正在横向移动，石头的下落轨迹也是横向运动，除了向下运动之外，石头和船以相同速度横向前进。
相同的物理现象也发生在骑车人和篮球上。骑车人将篮球垂直抛起，篮球也保持了骑车人横向移动的速度。篮球落地时，依然会落在骑车人身上。
这条定律对篮球有什么启发呢？
当篮球运动员在运动中投篮时，也和骑车人一样，初学者篮球上篮往往失败的原因在于他们会将篮球往前送，而非垂直往上送。只要是受过训练的篮球运动员都知道带球上篮时篮球要向上方抛起。同理，运动员由左向右移动时投篮，此时如果他们瞄准篮筐正中，篮球不会命中，而会偏向篮筐右侧。为了保证每次移动中投篮都命中篮筐，运动员需要将自身的速度加上篮球本身的速度，纠正投篮。
在伽利略之前亚里士多德认为万物的自然状态是静止，如果要移动某物需要一直有作用力作用于物体。以这种理论看来，伽利略不适合远距离投篮，灌篮狂魔更适合他，他的带球上篮水平应该也很弱。
伽利略的观点是正确的。他引入了惯性的概念——物体在没有任何作用力的情况下将保持原来的速度和方向。物体的自然状态不是静止，而是保持匀速运动。
3 后旋球在回弹时丧失能量更多，更容易弹入篮筐
篮球运动员要学会不用手掌而用指尖投篮。这种投篮方式更易于抓球，但更重要的原因在于，用指尖投出的篮球会自然而然向后旋转。NBA历史上最伟大的教练之一，人称“红衣主教”的阿诺德·奥尔巴赫说后旋决定了射篮。
“指尖有助于带动后旋，射出的球力道更绵软，“幸运”程度也会提高。球命中篮筐后停住就是不错的后旋球。有些人说这是运气好，那为什么所有伟大的射手总是能投出这些所谓的好运球？”
奥尔巴赫的理论建立在角动量守恒之上，篮球离开运动员手中后仍然会以相同的速度旋转。那么为什么后旋会有利于射篮呢？
要弄懂其中的原因，首先要想象一个不旋转的篮球。篮球碰到篮筐后受到篮筐的摩擦力作用，同时与篮筐的碰撞会削弱球的能量，让球速度变慢。
现在请想象一个后旋球。球的运动是两个方向运动的叠加——一方面球的中心部分在空中飞行，另一方面球围绕球中心旋转。两者相加，球的底部移动速度居然比之前更快。
这次，当底部触到篮板时，碰撞的速度比前一次更大。球受到比之前更大的摩擦力，丧失的能量更多，球的速度大大降低。从球员的角度看来，篮板附近的球越慢越容易弹进篮筐。
所以，后旋球更容易进篮筐靠的不是运气，而是物理学。
4 尤里卡！篮球拿在手上感觉比真实重量轻1.5%，那是因为篮球周围的空气会托起篮球。
篮球被空气包围，空气深度越深，大气压也就越大。这意味着篮球底部的气压比上方的气压对篮球作用力更强。细微的气压差别向篮球提供了向上的浮力。根据阿基米德的浮力公式：
填上对应数字后，我们发现篮球受到大约自身重量1.5%的向上的浮力。换句话说，篮球比实际重量更轻是因为受到了空气浮力的作用。
5 旋转的篮球在运动路径中会变换方向，这是空气摩擦不均匀造成的。
在空中飞行的篮球受到四种作用力，重力、浮力、阻力和马格纳斯力。最后一种马格纳斯力只在篮球旋转时才起作用。
1852年马格纳斯对炮弹发射后经常会偏折方向感到十分不解。他意识到炮弹在空中飞行旋转，受到的空气摩擦(或阻力)是不均匀的，所以炮弹受到的作用力也不均衡，这才造成了炮弹方向偏折。
马格纳斯效应对旋转行进的篮球会造成小小的影响，篮球的运动轨迹会弯曲。马格纳斯力也是棒球中曲线球的成因。
看过了那么多篮球的物理知识，是不是感觉更有信心了呢？
基于创作共用协议(BY-NC)发布。
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下表给出了水面上方气体压强与沸点的对应关系．技术员设计了如图所示的锅炉水温控制装置，图中OC为一可绕O点旋转的横杆（质量不计），在横杆上的B点下方连接着阀门S，阀门的底面积为3cm2，OB长度为20cm，横杆A点处挂着重物G，OA长度为60cm．对水加热时，随着水温升高，水面上方气体压强增大．当压强增大到一定值时，阀门S被打开，使锅炉内气体压强减小，以保证安全．当重物G挂在不同位置时，锅炉内水面上方气体压强可达到的最大值不同，从而控制锅炉内水的最高温度．
压强（Pa）
沸点（℃）
130（1）当锅炉内水的温度达到120℃沸腾时，锅炉内气体的压强是多少？（2）当外界大气压强为1.0×105Pa时，将G挂在A位置，锅炉内水沸腾的温度为120℃．求此时阀门底部受到的气体压力和上部受到的大气压力的差值是多少？（计算时可认为阀门上、下底面积相等）（3）当大气压强为1.0×105Pa时，要使锅炉内的水温度达到110℃时沸腾，应将G挂在离O点多远处？
来源：2002o海淀区 | 【考点】沸点及沸点与气压的关系；杠杆的平衡分析法及其应用；压强的大小及其计算．
解析与答案
（揭秘难题真相，上）
习题“下表给出了水面上方气体压强与沸点的对应关系．技术员设计了如图所示的锅炉水温控制装置，图中OC为一可绕O点旋转的横杆（质量不计），在横杆上的B点下方连接着阀门S，阀门的底面积为3cm2，OB长度为20cm，横杆A点处挂着重物G，OA长度为60cm．对水加热时，随着水温升高，水面上方气体压强增大．当压强增大到一定值时，阀门S被打开，使锅炉内气体压强减小，以保证安”的学库宝（http://www.xuekubao.com/）教师分析与解答如下所示：
【考点】沸点及沸点与气压的关系；杠杆的平衡分析法及其应用；压强的大小及其计算．
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知识点讲解
经过分析，习题“下表给出了水面上方气体压强与沸点的对应关系．技术员设计了如图”主要考察你对
“” “” “”
等考点的理解。
因为篇幅有限，只列出部分考点，详细请访问。
沸点及沸点与气压的关系
1、沸点：各种液体沸腾时都有确定的温度，这个温度叫做沸点2、气压与沸点的关系：气压越高，沸点越高；气压越低，沸点越低。
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篮球的旋转与压强有什么关系?
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1 篮球在篮筐里圆周滑行可以用什么力学理论来解释?答：圆周运动,篮球受到重力和篮筐对球的弹力来提供向心力2打篮球时,篮球投在地上后弹起来答：牛顿第三定律3飞行的球体在空中的力学分析答：正如牛顿在近300年前所发现的,每一个作用力都有一个大小相等,方向相反的反作用力.空气中旋转的球体同样如此.当旋转的球体带动周围的空气向一个方向旋转,球体外表面附近的一层气体粒子将产生与球旋转方向相一致的空气“环流”,以减少球体后部区域的气流波动,与此同时,因为球体旋转,它将受到一个与旋转方向相反的力作为回应.例如,如果球后旋带动空气向下旋转,空气就会产生一个向上的对球的反作用力,球体即得到一个托浮力.相反,如果球在空中不旋转,它所受到的空气阻力,将随着球速的增大而增大.篮球的质量虽然较轻,但横截面积较大,所以在空中所受的阻力也较大.特别是在远距离投篮中,如果球不旋转或旋转程度不够,其所受到的阻力就更大.当球速越快,空气自球体表面分离的时间越早,球后的波动也就越大.这样球体前后的空气压力差就使球体受到较大的形状阻滞.且球行进得越快,阻滞也越大.通过以上分析我们可以认识到,旋转的球体可以减轻空气的阻力,且受空气反作用力作用.如后旋球,就能使球飞行的更高更平稳,增高投篮弧度,增大球的入篮角,为提高投篮命中率创造了条件.后旋球在空气中的流体力学分析及优势篮球在飞行下落过程中,入篮角越大,暴露在球体下方的篮圈面积也越大,球越容易中篮.当球以一定的入篮角接近篮圈,与球的运动路线小于直角的“篮圈通道”就成为一个椭圆形.入篮角越小,此“通道”的椭圆直径也越小.当入篮角小到该椭圆直径等于球体直径时,就达到了球的入篮角度的最下限.后旋球在空中飞行的时候,由于球向后旋转,球的上下两侧所受到的气流速度与空气压力不一样.在球的上侧,是球附近的气流速度与球体旋转速度的合成；球的下侧,是气流速度与旋转速度的分解.因此,相对而言,球上方的气流速度快,下方的气流速度慢,由伯努利定律知,在速度快的一侧压强较小,速度慢的一侧则压强大.因此,球体上下方的这个压力差使球受到向上的作用力,将球托起,加大了球的飞行弧线,增大了入篮角度,更有利于球中篮.前旋球在空气中的流体力学分析及优势前旋球在空气中的受力正好与后旋球相反,相对而言,球上方的气流速度慢,下方的气流速度快,同样由伯努利定律得知,球体上下方的压力差使球受到向下的作用力.但前旋球多数在行进间低手投篮中出现,运动员在投篮时具有速度快,腾起高度高,充分抬肘伸臂,出手点距篮圈近等特点,因此,球在空中飞行的距离较短,受空气阻力较小.但如果当前旋球碰篮板或碰篮圈时,却能对中篮产生积极的作用.若球体不旋转,在碰板后,受篮板的反弹力F作用,球的弹起弧度较低,反弹力则较大,球不易中篮.若球体前旋,在碰板时受篮板反弹力与因前旋而产生的反作用力f同时作用,二者的合力方向更接近于篮圈垂直面方向.且球前旋速度越快,所受反作用力越大,合力方向越接近于篮圈垂直面,进一步增大球中篮几率.
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