تحقیق مقاله فیزیک راکت تنیس

فیزیک راکت تنیس

قسمت مرکزی راکت :

راکت تنیس مانند چوب کریکت یا بیس بال دو قمست مرکزی دارد اگر توپ در هر یک از این دو نقطه ضربه وارد کند نیروی منتقل شده به دست آن قدر کم است که بازی کن متوجه برخورد نمی شود اگر توپ به نقطه ای اثابت بکند که از نقاط مرکزی کاملاً دور می باشد این ضربه می تئوند ضربه ای خوبی نباشد یکی از این نقاط گره ارتعاشی است که در نزدیک مرکز رشته های راکت قرار دارد . نقطه دیگر مرکز به طور همزمان وقتی که توپ با حداکثر سرعت برمی گردد همزمان عمل نمی کند . بلکه وقتی که نیروی دست صفر می باشد آنها نقاطی را که این نیرو در آنجا صفر است را مشخص می کنند . نیروهای دست از سه حرکت جداگانه دسته افزایش می یابند که عبارتند از : چرخش ، انتقال و ارتعاش .

مؤلفه ارتعاش ، زمانیکه توپ به گره ارتعاشی ضربه وارد می کند وجود ندارد . مؤلفه چرخشی از برگشت سر راکت افزایش می یابد و یک نیروی گشتاوری را به دست اعمال می کند و باعث می شود تا آن  حدود یک محور از وسط مچ بچرخد . در نتیجه همیشه نیرویی بر قسمت بالایی دست وارد می شود .

و نیروی دیگری در جهت مخالف همیشه بر قسمت پایین دست وارد می آید . دو نیرو مساوی و در خلاف جهت هم هستند وقتی که ضربه در Cop وارد می شود در نتیجه نیروی زیادی بر دست یا ساعد وارد نمی شود این به معنی آن است که تکان ناگهانی بازو زمانی که ضربه در Cop وارد می شود وجود ندارد .

گروه ارتعاشی :

دو حالت ارتعاشی اولیه یک راکت تنیس معلق در شکل دو نشان داده شده است یک راکت شبیه یک پرتو یک نواخت در این رابطه عمل می کند ، با وجود این که سرش گرد است مرکز جرم راکت نزدیک مرکز راکت است . حالت اصلی یک فرکانس حدود صد هرتز برای یک چهارچوب سخت یک گره نزدیک مرکز رشته ها و گره دیگر در دسته قرار دارد . اگر شما دسته را به آهستگی در نقطه ای که روی دسته قرار دارد بگیرید شندین این ارتعاش آسان است و می توانید با زدن یک ضربه به فرم یا رشته ها این صدا را بشنوید .

گره ارتعاشی روی رشته ها با استفاده از این تکنیک به آسانی قابل تعیین است .

اگر شما دسته را محکم بگیرید ارتعاش فرم ( چهارچوب ) به طور زیادی مبرا است . ( اما ارتعاش رشته ها چنین نیست .)

شکل و حالت بعدی برای یک پرتو شکل گرفته فرکانسی مطابق با 75/2 برابر فرکانس اصلی دارد . این حالت با هیچ کدام از دامنه های قابل توجه ایجاد نمی شود زیرا استمرار ضربه T توپ روی رشته ها حدود 5 هزارم ثانیه است . طیف  فرکانسی این ضربه تقریباً نصف سینوس موجی شکل است که در فرکانس صفر به اوج می رسد و در f= 1/5/T=300 هرتز صفر است . ( شکل 3 را نگاه کنید ) که به فرکانس حالت دوم نزدیک است .

ضربه ارتعاش رشته ها در حدود 500 هرتز ایجاد می کند زیرا به رشته ها به قوت فرم ضربه وارد نمی شود .

مرکز ضربه :

یک راکت را که به طور آزاد توسط یک رشته نخ بلند آویزان شده است و یا به طور عمودی روی انتهای دسته اش متعادل شده را در نظر بگیرید . اگر یک توپ در مرکز جرم آن (CM) ضربه وارد کند ، راکت با سرعت V عقب نشینی می کند تمام قسمتهای راکت با همان سرعت Vعقب نشینی می کنند . اگر توپ در هر یک از نقاط دیگر رشته ها ضربه وارد کند . راکت هم عقب نشینی می کند و هم حول نقطه CM خود می چرخد .

سپس کل راکت با سرعت V1 که در اثر عقب گرد ایجاد شده از توپ دور می شود . اما دسته همزمان با سرعت V2 که به علت چرخش راکت ایجاد شده است به طرف توپ می رود . اگر نقطه ای در دسته وجود داشته باشد که در آن V1=V2 باشد آن گاه آن نقطه بی حرکت خواهد ماند و سایر نقاط راکت حول آن می چرخند ، همان طور که در شکل چهار نشان داده شده است .

محور چرخش نسبت به نقطه اصابت ضربه ، نقطه مزدوج نامیده می شود و نقطه ضربه برای آن محور خاص چرخش مرکز ضربت (Cop ) نامیده می شود .

محور  Cop یک جفت نقطه مزدوج را تشکیل می دهد . برای ضربه ای نزدیک به نوک راکت ، محور چرخش حدود وسط فاصله انتهای دسته و CM می باشد .

برای ضربه ای که نزدیک به گلوی راکت است محور چرخش دورتر از انتهای دسته است .

حالا راکتی را تصور کنید که با عبور یک میله از سوراخی که در دسته اش ایجاد شده آویزان شده است طوری که راکت می تواند آزادانه حول این محور بچرخد وقتی که یک توپ به رشته های آن ضربه می زند . وقتی که یک توپ به رشته ها ضربه می زند ، دسته نیرویی را بر محور وارد می کند مگر آن که توپ در نقطه Cop ضربه وارد کند . در نتیجه  به عنوان نقطه مرکزی دوم در نظر گرفته می شود زیرا نیروی وارد بر دست برای ضربه وارد شده به نقطه Cop صفر می باشد .

اما دست تا میزان قابل قبولی روی دسته کشیده می شود و تمام نقاط روی دسته مراکز ضربتی مختلفی روی رشته ها خواهند داشت .

به نظر می رسد که وقتی توپ به رشته ها ضربه می زند مشکلی وجود ندارد ، ممکن است نقطه ای زیر دست جایی که نیرو در آنجا صفر است وجود داشته باشد اما همیشه نقاط دیگری وجود دارند که نیرو در آنجا صفر نیست . در حقیقت این چیزی است که دقیقاً اندازه گیری می شود ،‌ضربه باعث می شود تا سر راکت عقب نشینی کند بنابراین کل راکت در دست می چرخد و نیرویی بر قسمت بالای دست وارد می کند و نیرویی در جهت مخالف بر قسمت پایین دست ( شکل 5 را ببینید ) نیروی گشتاوری باعث چرخش دست حول محوری که از وسط مچ می گذرد می شود . اما اگر ضربه در Cop وارد شود برای چرخش در انتهای دسته ، آن گاه نیروی وارد بر قسمت بالای دست مساوی و در خلاف جهت نیروی وارد بر پایین می باشد بنابراین نیروی ویژه ای روی سدت و یا بازو وارد نمی شود در نتیجه بازو تکان ناگهانی نمی خورد اگر توپ در این Cop ضربه وارد کند .

Cop را می توان به طور تقریبی با نگه داشتن انتهای دسته بین انگشت شصت و دیگر انگشتان و انداختن یک توپ روی رشته های آن مشخص کرد . اگر دسته به بیرون از دستان بپرد شما Cop را گم می کنید . این نقطه معمولاً حدود 5 سانتی متر از مرکز رشته ها فاصله دارد ، همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است یک اندازه گیری دقیق تر Cop می تواند با یک پیزو دیسک انجام شود ( که از یک زنگ پیزو ساخته شده است . ) یعنی دیسک را بین انشگت شصت و دسته بگیرید تا نیروی عمل کننده بر شصت را اندازه گیری کند .

نقطه مرده :

انتهای دسته را روی یک میز محکم کنید از دست خود برای فشار روی دسته استفاده کنید . در نتیجه قسمت باقی مانده راکت روی لبه میز آویزان می شود سپس یک توپ را روی رشته ها و در نقاط مخلتف بیاندازید .

توپ در نزدیکگلوی راکت بهتر می جهد . نقطه ی نزدیک نوک وجود دارد که توپ در آنجا اصلاً جهش ندارد به این نقطه نقطه مرده گویند .

در نقطه مرده تمام انرژی توپ به راکت داده می شود اما راکت هیچ انرژی برگشتی به توپ نمی دهد . دلیل آن این است ه جرم موثر راکت در آن نقطه برابر با جرم توپ است . جرم مؤثر ، نسبت نیروی وارد در آن نقطه به شتاب در آن نقطه ( F= ma بنابراین m=F/a ) . اگر توپی با جرم M به توپ دیگری با جرم M در حالت سکون برخورد کند توپ برخورد کننده ( در حال حرکت ) متوقف می شود و تمام انرژی اش را به توپ دیگر می دهد .

به طور مشابه اگر یک راکت در حال حرکت به یک توپ ساکن در نقطه مرده ضربه وارد کند آن گاه تمام انرژی چرخشی راکت به توپ وارد می شود .

بهترین نقطه برای ضربه زدن به یک توپ در زمان سر و زدن نقطه مرده است .

اما وقتی که یک سرو سریع برگشت می کند نقطه مرده بدترین مکان برای ضربه زدن به توپ است . بهترین نقطه نزدیک گردن راکت است زیرا بهترین جایی است که توپ در آنجا می جهد .

منبع : 

www.sport.com