用中学物理知识浅析悠悠球基本运动原理

王冠森

【摘要】悠悠球运动中的最基本的动作抛球、收球，体现了最基本且有趣的物理知识。玩悠悠球既有创造性又加强分析能力，与学习物理有很大的联系。很多同学学不好物理，如果能把物理和平时的游戏结合起来，您保证既学的好又玩的好！

【关键词】悠悠球；基本运动原理；物理知识

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）28-0068-02

我最喜欢的运动就是悠悠球。悠悠球是一种古老的玩具，具有悠久的文化歷史。史书上关于悠悠球的最早记录是公园500年前的希腊。无论是从早期的狩猎动物和个洞的工具的功能，还是有贵族转悠玩具发展到表演甚至大众流行，它都反映了历史的发展，凝结了人们智慧的结晶。

我喜欢悠悠球的原因，不光是悠悠球的玩法及招式具有趣味性和创造性，还因为在玩耍的过程中，我发现了悠悠球的很多招式与物理有很大的关系。举个最简单的例子吧，接触或观看过悠悠球表演的人，都知道最入门的初级动作就是把球抛出去再收回来。这个看似简单的动作就包含了很多物理知识。下面我对此做简要的分析。

第一个问题，球被投掷出去后，为什么能够收回来？

这一现象涉及到摩擦力、离心力的应用。

初学者用的球是离合器型球，这种球的收球则是内部的弹簧在起作用。球旋转的时候，球体内部轴承两边的连有重物的弹簧被甩开，带动橡胶圈也向外微妙的移动，这就是离心力的作用，于是棉线与球体没有任何摩擦，而当速度减慢的时候，离心力变小，弹簧及重物逐渐恢复回原来的位置，夹住中轴，球就被收回了。

鼓型球是这样的：球投掷出去后，会垂在线的另一端做高速的旋转，由于球本身具有的重力，这时候球拉着的线是绷直的，因此线与球体之间没有任何摩擦，如果不去施加外力，球会停在空中旋转很长时间不会自己收回来。那么想把球收回来，要做的动作就是把手向上提，这时候，原本绷直的棉线就被向上拉，线会产生很多小弯曲，与球体之间接触摩擦，球就被提了上来。

第二个问题，球被投掷出去后，为什么会高速的旋转？

首先您要知道悠悠球的特殊构造是保证球能转起来的基础原因。悠悠球的中轴和两边的球瓣不是一体的，轴和球瓣之间有一圈小滚珠，因此轴和球瓣可以分别运动。除了4A球，其它悠悠球在玩的时候都是球轴和绳套在一起的。发球之前，绳的一端在球轴上套好，另一端套在中指上。把绳子从球轴的一端一圈一圈的缠绕好，一直缠到中指。发球时，要用适当的力把球甩出去，这时候，绳子在球的牵引之下展开了，绳的另一端被中指牵着，于是球轴被牵住不转，而球瓣自己转动起来。也就是说，如果球轴与球瓣连接的地方出了问题，球就无法自转了。

下面我从动作原理方面来解释，这是我们高中学过的功与能的转换，以及动能、势能之间转化的问题。

物体都具有势能，同一物体位置越高，势能越大。当球在我们手中被举高的时候，它是存在重力势能的，人体中有化学能，用一定的力量投掷的时候，化学能和重力势能转化为动能。由于绳子有一定的粗细，所以绳子对球拉力的作用点不在球的质心上，使球产生一个角速度，球即进入了高速自转状态，这种状态称为“睡眠”。关于这个问题还有更有趣的事情，早在1985年，悠悠球第一次被带到太空做实验，被发现在太空，如果手不用力向下仍，球即无法旋转又无法收回，因为没有引力。因此在地球上也一样，悠悠球的转动主要来自投掷的力量，只有少部分是靠重力势能转化而来，这也证明了我们投掷的力度大小和球的空转速度及时间长短都是有关系的。

第三个问题，如何让悠悠球保持更长时间的空转？

广告中的悠悠球介绍，都说球的空转时间可以达到十分钟甚至更长，但是初学者通常只能让球保持一分钟的空转，很多人都以为这是因为用力过小，也有人认为这是商家在胡说八道，实际上，主要原因是悠悠球的球绳是由一根绳子叠合后，两股绳交错拧在一起形成的，在空转时无法保证球绳的两股绳卷紧的程度恰到好处，这时球绳就会有自发卷紧或卷松的趋势。由于绳子是一个绳圈套在球上的，绳子会对球产生两个水平方向的力，这两个力等大反向，但不作用在一条直线上，使悠悠球产生类似陀螺进动的运动，使球歪斜，为了使球保证长时间的空转，应该用手抓住球上方的一小段绳子，根据球的歪斜方向，调整绳子的松紧程度，保证球在一个竖直的状态，这样就能长时间空转，甚至在使球仅靠重力下落的时候，空转达到3分钟以上。

其实悠悠球还蕴含了更多复杂的物理原理，比如说，它利用视觉暂留效果提高了观赏性；在5A玩法中，人们要利用圆周运动的向心力平衡；在一些难度较高的招式中，需要利用绳子本身的张力来完成绳圈的单独运动；或者利用绳子之间的摩擦力故意让绳子卡在球轴上。在悠悠球的设计方面，人们会为了提升悠悠球的空转和稳定性，改变球的质量分布，也会在球上设计一些凸起或凹陷，使球可以被顶在指尖保持稳定，使球与手指的接触位置保持在一定范围内，这样就可以完成一种非常神奇的玩法--顶指。这在球的设计上就需要应用很多复杂的物理原理。

悠悠球的发展现在越来越好，2018年将在中国举行世界悠悠球大赛，日本正在为悠悠球申奥，我们应该与时俱进，多了解悠悠球的有关知识！