Question

為了通過降低乒乓球的飛行速度來增加比賽的觀賞性，原先的比賽用球的直徑是d₁=38mm，從2004年雅典奧運會開始正式采用直徑是d₂=40mm，而質量不變的乒乓球進行比賽．為了簡化討論，設空氣對球的阻力僅與球直徑的平方成正比，并且球做直線運動．若某運動員的擊球速度為v₀=26m/s，扣殺直徑d₁=38mm的乒乓球時，球飛到另一端時的速度約為v₁=10m/s．試估算一下，采用了d₂=40mm的乒乓球后，該運動員以相同的初速度擊球，問球從球臺這端飛往另一端的時間為原來的多少倍？

Answer 1

分析：將乒乓球在空中的飛行過程大致看成一個勻減速直線運動，根據牛頓第二定律，結合阻力與球的直徑的平方成正比求出小球和大球的加速度之比．
結合運動學公式求出換成大球后離開臺子的末速度，根據速度時間公式求出求出運行的時間之比．

解答：解：
將乒乓球在空中的飛行過程大致看成一個勻減速直線運動，根據題意，球在飛行中受到的空氣阻力與球的直徑平方成正比，則
小球和大球受到的摩擦力之比為：

f1

f2

=

d12

d22

=

ma1

ma2

=

382

402

=

1

1.11

又由不管大球小球被運動員擊球后所具有的初速度均為26m/s．
小球飛行到球臺另一端的末速度為10m/s．
換成大球后，球臺長度不變，所以，大球在空中飛行的距離跟小球飛行的距離相同，
則S=

v2-v02

2a1

=

v′2-v02

2a2

，v′為大球飛過球臺的末速度，利用前后加速度大小的比值為1：1.11，
可解得v′≈3.46m/s，
則小球、大球它們的飛行時間之比為：

t1

t2

=

v -v0  a1

v′ -v0  a2

=

(10-26)a2

(3.46-26)a1

=

16×1.11

22.54

=

1

1.27

即大球在球臺上的飛行時間約為原來的1.27倍．
答：改用大球后球在球臺上的飛行時間約為原來的1.27倍．

點評：本題綜合考查了牛頓第二定律和運動學公式，知道加速度是聯系力學和運動學的橋梁．