匹克球物理学解析:从球和球拍到击球

“匹克球教授”揭示美国发展最快运动背后的科学

A still life showing pickleball paddles, balls and net on a colorful light blue background.

Chalffy/Getty Images

匹克球已连续四年成为美国发展最快的运动。根据一家行业协会的数据,目前有超过 1360 万人参与这项运动。城镇、学校和体育俱乐部随处都在修建球场,各个年龄段和能力的人们都蜂拥而至。

如果您没有玩过或看过匹克球,可以想象一下缩小版的网球场和球网。球员们不用球拍,而是使用更短、更坚固的球桨。这项运动热潮的核心是球,它比网球略大,通常是亮黄色,类似于威浮球——一种带有小孔的硬塑料球。匹克球可以在相距仅 14 英尺的对手之间快速来回,也可以在被高吊时看似永恒地漂浮在空中。球被球桨猛击时发出的“砰!”声非常响亮且独特,如果附近环境安静,一街区外都能听到,但当球员轻轻地将一个非常柔和的“轻击”球(我个人在比赛中最喜欢的击球方式)击过球网时,声音就会变得低沉。

关于球、球拍和击球的真相和谬误都归结于物理学,这是理所当然的。《大众科学》找到了一位为此进行深入研究的专家:菲尔·希波尔,一位在航空航天、半导体和建筑行业工作过的声学和结构动力学工程师,并且是佛罗里达州的执业工程师,而佛罗里达州是全球匹克球狂热的中心。我将称他为匹克球教授。当然,他也是一位狂热的爱好者。您可以在下面找到他的见解。如果您真的想深入了解,请访问他的博客 Pickleball Science,在那里您会找到实验、方程式和他为测试所有匹克球相关事物而创建的一些令人难以置信的自制装置。


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以下文字总结自我对希波尔的采访,并穿插了他博客中的一些细节,他已授权使用。

球能飞多快?

根据匹克球教授的计算,刚好越过球网且不会飞过对方底线的最快发球速度为 54 英里/小时。但是,如果发球者施加大量上旋(例如,每分钟 1200 转,即 rpm),这将使球在越过球网后更猛烈地向下俯冲,并且它可以以高达 65 英里/小时的速度从球拍上飞出。按照这个速度,球只需 0.64 秒即可离开发球者并击中球场另一端的底线。孔洞会产生湍流——很像高尔夫球上的凹坑或棒球上的缝线——从而控制轨迹。希波尔说,在这样的速度和旋转下,“你可以听到球嗖嗖地飞向你。”

最快的动作发生在球员靠近球网并开始互相击打直线球时。希波尔表示,当球员相距 14 英尺时,时速 45 英里的球只会给他们大约 0.2 秒的反应时间。这正在逼近有意识的人类反应时间的极限。(反射可以快至 0.08 秒,但这些信号不必传递到大脑。)

Overhead video showing four people playing pickleball.

RichLegg/Getty Images

球可以在空中停留多久?

另一种极端情况是被称为吊球的击球。当球员吊球时,他们几乎垂直向上发射球,使其高高地飞过球网,然后几乎垂直落到对方底线附近,这可能是一种难以回击的击球。匹克球教授说,如果球员“以 55 度的向上角度和 40 英里/小时的初始速度,以及 1200 rpm 的上旋从底线击球,它将达到近 20 英尺的高度,并将花费四秒钟落下。” 在这种情况下,流经孔洞的空气间接地维持了高度。

匹克球击打球拍的声音有多大?

当球拍猛击匹克球时,会发出独特的“砰”声,而当球拍轻击时,则会发出更像是“噗”的声音。匹克球教授——请记住,他是一位声学工程师——表示,硬球拍表面的撞击声可以高达 120 分贝 (dB),对于球网另一侧的球员来说,大约为 80 分贝。作为比较,120 分贝相当于锤子敲击钉子或驶过的救护车警报器的响度;80 分贝相当于交通繁忙或嘈杂的餐厅。许多球员都戴着安全眼镜;也许他们应该考虑戴上耳塞!

声音怎么会如此响亮?希波尔说,在这种情况下,“不是球的问题;是球拍的问题。” 大多数球拍都有坚硬的表面层,球拍与球的短暂撞击时间——大约只有四毫秒——会导致球拍像鼓面一样振动。大多数球拍的内部都是纤维和空气组成的蜂窝状结构,提供了一个空腔,像鼓的内部一样放大声音。

越来越多城镇中,居住在匹克球场附近的人们开始抱怨噪音,因此一些制造商已开始销售“静音”球拍,希波尔表示,这种球拍内部可能包含一定量的泡沫物质,以吸收部分声波。球员是否会喜欢静音球拍的力量和控制力还有待观察。

马克·费斯切蒂 在《大众科学》担任高级编辑已有 17 年,一直关注可持续发展问题,包括气候、天气、环境、能源、食物、水、生物多样性、人口等等。他负责委派和编辑记者和科学家的专题文章、评论和新闻,并以这些形式进行写作。他编辑“历史”栏目,该杂志的部门回顾整个时期的科学进步。他是两本衍生杂志的创始执行主编:《大众科学思维》和《大众科学地球 3.0》。他 2001 年为该杂志撰写的自由撰稿文章“淹没新奥尔良”预测了像卡特里娜飓风这样的风暴将给这座城市带来的广泛灾难。他的视频 人死后你的身体会发生什么? 在 YouTube 上的观看次数超过 1200 万次。费斯切蒂曾为《纽约时报》、《体育画报》、《史密森尼杂志》、《技术评论》、《快公司》和许多其他刊物撰写自由撰稿文章。他与万维网的发明者蒂姆·伯纳斯-李合著了《编织网络》一书,讲述了万维网的真实创建故事。他还与微生物学家埃莉诺·列维合著了《新杀手疾病》。费斯切蒂曾担任《IEEE Spectrum Magazine》和《Family Business Magazine》的执行主编。他拥有物理学学位,曾两次担任路易斯安那州百年学院的阿塔韦公民文化研究员,该学院授予他荣誉博士学位。2021 年,他荣获美国地球物理联合会颁发的罗伯特·C·考恩科学新闻持续成就奖,以表彰他在地球和空间科学方面的杰出报道生涯。他曾在美国全国广播公司 (NBC) 的“与媒体见面”节目、美国有线电视新闻网 (CNN)、历史频道、美国国家公共广播电台 (NPR News) 和许多新闻广播电台节目中露面。在 X(前身为 Twitter)上关注费斯切蒂 @markfischetti

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