[发明专利]模拟神球

说明书

技术领域

模拟神球(简称艾目球，IMITATE MYSTICBALL)是使用模拟的方法训练多种竞赛小球。在任何地方，只要是大于八平方米的房间，就可施展模拟神球球艺。该装置具有多种体育锻炼功能，可以模拟打乒乓球、模拟打羽毛球、模拟踢毽球等竞技体育项目，进行锻炼身体。该装置还具有多种其他用途，既可以进行多种游戏，如串珠复摆、轻重复摆、呼啦球、飞天球等益智技巧游戏，又可以作为青少年学习物理知识，探究和拓展物理知识的试验教具；它可以把许多抽象的、单调的物理试验及习题变成丰富多彩的体育游戏。同时，它也是青少年预防近视眼的上佳选择。谈其技术领域，我自说自划为家庭体育锻炼、娱乐玩具类别。

背景技术

因为模拟练球是首次提出的新理念，要把来胧去脉表述清楚，背景技术部分拟用以下相关方面来阐述：(1)从模拟神球的特点引述。(2)关于模拟方法的一般概念。(3)模拟神球在相关物理知识中的原理以及规律。(4)模拟神球与真实的乒乓球技术和乒乓球运动状态的比较，模拟神球同真实的羽毛球技术和羽毛球运动状态的比较等等。

(1)模拟神球是把精典物理中一些普通物理知识和竞赛小球的基本技术和动作技巧融合在一起，形成一种特殊的打球方法，即打切线球的方法。模拟神球这种旁门异类的打球方法，同样可以锻炼身体，同样可以从侧面训练和提高竞赛小球的基本技术。模拟神球可以起到殊途同归、同工异曲的作用。特别在训练乒乓球和羽毛球技术的一些公认的高难度动作时，有很多独到之处，是一条步步高的捷径。

(2)首先，引入一些模拟方法的概念。现代生活中，在很多地方、在很多方面都有使用模拟方法的事例。人们可以在模拟装置上学习开飞机；人们可以在模拟装置上学开汽车；人们利用跳伞塔学跳伞，人们可以在蹦床上练习体操、跳水的高难动作及分解动作等等。以上这些事例说明，人们可以利用间接的办法和手段，利用其他相仿的装置，同样可以更快地掌握你要学习的技巧，提高你想要的能力和掌握高难动作。这样甚至于可以多、快、好、省地提高学习效率。所以有的时候，模拟的学习方法也是非常实用、有效、可行的。

(3)要讲清模拟神球的特殊打法，先要说明其在物理学上所属的运动类别，再进一步分析它的运动规律和击球特点。

(a)模拟神球在物理学上的运动类型：模拟神球的运动特点，表面看起来像是单摆，但它不是物理学的单摆现象。它与物理学的单摆的区别在于摆动角度。单摆的必要条件是悬线偏离竖直方向的角度是一个小角，一般小于五度角。正如物理书上所述，Q角很小时，才可以认为它所对的弧和弦等长。因此，单摆小角度摆动时是做简谐运动。故单摆在小振幅条件下的运动微分方程是线性的。当摆角增大时，该方程就不再是线性的，而变成非线性方程。若考虑到阻尼和驱动力作用，方程就会变得更加复杂。本文中多次提到摆动，只是作为运动形态的描述，并非指物理运动实质。为了区别模拟神球的打法和特点，在此文中，把人们在乒乓球台子上打乒乓球的状态和动作，称之为真实的乒乓球运动状态和真实的打球动作。从模拟打球的运动特点来看，当球在竖直面内运动时，应属于变速圆周运动的范畴，又分为：在球向下的运动期，为加速圆周运动；在球向上的运动期，为减速运动期。当球在水平面内运动时，应属于匀速圆周运动。现在分析一下球受力的情况。正如图二(力学系统示意图)中，乒乓球A位、B位和C位的受力分析图所示：球在竖直面内运动，球的重力mg和弹力T共同提供向心力，以维持球的圆周运动。当球向下摆动，在一般位置A位时，它的向心力是T₃-F₁＝T₃-mg·sinα＝mv₃²/R；当球运动到最低点B位时，T₂-mg＝mv₂²/R；式中v²/R为向心加速度。当球向上摆动，在一般位置C时，速度V1的方向与重力的切线方向分力F4的方向相反，所以为减速。模拟神球有向心力，这一点是同真实乒乓球有本质的不同。但两者也有很多相同的地方：它们都符合牛顿三个定律，都符合动量守恒定律，都符合势能和机械能守恒的规律。这里不打算详细讲了。对模拟神球的轨迹进行分析，在球的轨迹最低点两侧的轨迹是两个半圆弧线，即前半弧和后半弧，两个半弧线可看作是对称的。现在，利用运动的迭加原理，进一步来分析球的运动特点：把球作为物理概念的质点，即凡是质点运动可看成二个或三个正交方向的各自独立进行的运动迭加，把模拟神球的变速圆周运动分解为二个分运动，一个是水平方向匀速直线运动，另一个是沿垂直方向作匀变速直线运动。轨迹前半弧为竖直方向下抛运动，为匀加速运动；后半弧为竖直方向上抛运动，为匀减速运动；这里的加速度就是重力加速度G。所以，准确地说，模拟神球是在垂面上，在局部的固定轨道上，作匀变速圆周运动。模拟神球具备以下技术三要素：第一要素是，球的运动轨面是垂直地面的竖直面。第二要素是，击球的方向必须是轨道圆的切线方向。第三要素是，挡板与地面的交线垂直于轨道竖直面，并且还要前倾过吊钟固定点。三个要素提供了球能变速圆周运动的必要条件，使球可以连续而有规律地运行。