加载中…一种能准确判定球上升高度的方法
(2013-03-30 09:42:01)
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汤恭定乒乓编排乒乓球丁宁 |
一、发球规则的修改史
现行规则规定，发球时“使球在离开不执拍手的手掌之后上升不少于16厘米”、“当球从抛起的最高点下降时，发球员方可击球”。无论在专业运动员的比赛中还是在业余比赛中，裁判员往往因为对是否达到16厘米的高度不能确定而不敢判罚，使得这条规则不能被很好的执行。事实上，国际乒联也知道，在现实中发球完全符合标准是不可能的，为此，多次对规则进行修改。国际乒联在从1926年的规则初稿到2010年的历次修订稿中，对规则共有38次的修改，其中对发球规则的修改就达到20次（详见附表，该表根据国际乒联网站数据整理）。规则的历次修改中既有通过限制发球来制约某些运动员“取巧”行为的修改，也有因为规则缺乏可操作性而被迫调整的修改。其中比较有意思的几次修改分别是：1952年“因为裁判被预先通知了在现实中发球完全符合标准是不可能的，所以放弃严格贯彻发球规则的要求”，1954年“发球时球不一定要垂直”，1969年“发球时，球垂直向上45°之内”，到了1987年又改为“发球时，球必须接近垂直向上至少16厘米”。由此也可以看出裁判员要准确判断发球是否符合标准是件不容易的事。
二、判罚的难点
我们可以将“使球在离开不执拍手的手掌之后上升不少于16厘米”，“当球从抛起的最高点下降时，发球员方可击球”这个动作分解为以下几个环节：球离开不执拍手、球向上运动、球到达运动最高点、判断球上升运动的高度、球下降、击球。在这几个环节中裁判能确定的是：1、球何时离开不执拍手，2、球是否向上运动，3、球何时到达运动最高点并开始下降，4、发球员何时击球。在这个过程中唯一不能确定的是球上升的具体高度是多少。特别是上升高度不足16厘米的发球，裁判员需要凭经验判运动员发球违规给对方1分。正是因为对高度的判断缺乏标准尺度，导致临场裁判不敢判罚，或者判罚后让运动员、教练、观众等产生异议。
三、竖直上抛运动
那么临场裁判到底有没有手段或者方法来判断球上升的高度是否超过16厘米呢？回答是肯定的。我们先来看一下物理学上的二个基本概念：自由落体运动和竖直上抛运动。
物理学指出，不受任何阻力，只在重力作用下而降落的物体，叫自由落体；物体以某一初速度沿竖直方向抛出，物体只在重力作用下所做的运动,叫做竖直上抛运动。与物体的体积、重量无关，具有以下特性：竖直上抛运动是物体具有竖直向上的初速度，加速度始终为重力加速度g的匀变速运动，可分为上抛时的匀减速运动和下落时的自由落体运动的两过程。它是初速度为Vo(Vo不等于0)的匀减速直线运动与自由落体运动的合运动，运动过程中上升和下落两过程所用的时间相等，只受重力作用且受力方向与初速度方向相反。那么，在发球时球“在离开不执拍手的手掌之后上升不少于16厘米”这样的运动就是竖直上抛运动。竖直上抛运动有以下的公式：
重力加速度为g(g＝9.8m/s²)，假设竖直上抛运动的初速度为V0，上升最大高度Hm，从抛出点到顶点的时间为t，则以下公式成立（为物理学基本公式，此处不作证明）：
上升最大高度
从抛出点到顶点的时间
由此可以推导出时间与上升高度之间的关系
t=
Hm=gt²/2
由公式（3）可计算出球上升到最高点所用的时间，由公式（4）可计算出在规定时间内球上升到最高点其对应的高度值。也即球从离开不执拍手的手掌之后上升16厘米所用的时间为0.18秒。
如果球不是完全垂直的向上运动，其上升16厘米所用的时间也为0.18秒，这个结论在中学物理课本就有证明，此处不作讨论。
由公式（4）可知，上升最大高度Hm与上升所用时间t²成正比，t越大，上升的高度也越高，反之，上升高度越高，所用时间越长。
因此，可以得出如下结论，竖直上抛运动的上升高度与上升时间有关，上升所用时间越长，则上升的高度越高。根据前面的计算，球在离开不执拍手的手掌之后上升时间超过0.18秒，则其上升高度一定不少于16厘米。
四、临场的运用
利用物理学的原理，用时间来判断发球时球的上升高度具有现实意义。首先是裁判员可以通过训练用快速默念的方法，将0.18秒分解为若干个时间片，从观察到运动员发球时球离开不执拍手的手掌开始快速默念自然数序号，到观察到球开始下降的瞬间需要多少个时间片，这些时间片总和是否超过0.18秒来判断球的上升高度是否符合要求；二是乒乓球比赛中，未来可借助可视化的手段来进行判罚，正如网球比赛的挑战鹰眼，台球比赛借助电视画面进行判罚等等，这是一种发展趋势。由于在平面电视上无法测量球的上升高度，而现有视频播放软件大多具有显示某个特定画面的时点功能，因此用前后2个时点差来判定时长成为十分容易的事情，那么用上升所用时间来折算上升高度也是一种可行的方法。
用这样的方法，对伦敦奥运会中丁宁发球被判违例的技术动作进行解剖，你就能够计算出乒乓球在被丁宁抛出之后，在空中上升到最高点所用的时间，因而也就能确定其上抛的高度是否符合标准。
附表：国际乒联对发球规则修改情况
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年份 |
修改的内容 |
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1930 |
Volleyed net-cord service results in a point to the server. |
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1932 |
Artificial aids (eg rubber bands) and deformation of ball to enhance finger-spin in service banned. |
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1934 |
Volleyed net-cord service to be a let. |
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1938 |
Reduction of net height and ban on finger-spin and incorporated in Laws. |
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1947 |
In service, free hand must be open and flat, with fingers together and thumb free, and ball must not be gripped. Ball may be released by free hand moving upward or dropping away. |
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1949 |
Ball in service must be projected upwards. |
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1951 |
In service the ball must be projected vertically upwards and the free hand, while in contact with ball, must be horizontal. |
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1952 |
Strict observance of service law may be waived where umpire is notified beforehand that full compliance is prevented by physical disability. |
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1954 |
Ball in service need not be projected vertically. |
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1956 |
In service, free hand need not be flat and horizontal, with fingers straight. |
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1967 |
Limits set for bounce of ball on table. At start of service, free hand must be stationary and above level of playing surface; ball must be projected near vertically upwards and not struck until it is descending. |
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1969 |
In service, ball must be projected upwards within 45°of vertical; free hand must be open and flat and, while in contact with the ball, above the level of the playing surface. |
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1981 |
obstructed net-cord service to be a let. |
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1983 |
Free hand and racket must be above level of playing surface from start of service until ball is struck. Ball must be struck not farther from table than rearmost part of server's body, other than arm or leg. Point is scored by opponent if player stamps foot when serving. |
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1987 |
In service, ball must be projected near vertically upwards so that it rises at least 16cm. |
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1989 |
Free hand, while in contact with ball in service, must be behind server's end line. Ball in service must be projected "near vertically". |
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1991 |
In service the ball, but not necessarily whole of the free hand, must be behind the server's end line. Foot-stamping in service will not automatically incur the award of a point. |
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2002 |
Requirement for flat hand in service eliminated. In service, racket need not be above level of playing surface and ball may be struck anywhere behind server's end line provided it is not hidden from opponent. |
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2003 |
As soon as the ball has been projected in service, the server's free arm must be removed from the space between the server's body and the net. |
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2005 |
As soon as the ball has been projected in service, the server's free arm must be removed from the space between the ball and the net. |
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年份 |
规则修改内容 |
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1930 |
擦网发球时，发球方得1分 |
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1932 |
在发球时人为的帮助增加手指旋转（如橡皮筋）或把球变形增加旋转是不被允许的 |
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1934 |
擦网发球要重发 |
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1938 |
降低网的高度，禁止手指旋转 |
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1947 |
发球时，非执拍手必须水平张开，手指并拢，大拇指可活动，球不能是握紧的。球可以从非执拍手向上或向下移动释放 |
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1949 |
发球时，球必须向上运动 |
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1951 |
发球时，球必须垂直向上抛，非执拍手在触球时，手必须是水平的 |
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1952 |
严格贯彻发球规则是要被放弃的，因为裁判员被预先通知了在现实中发球完全符合标准是不可能的 |
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1954 |
发球时球不一定要垂直 |
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1956 |
非执拍手不用保持水平、张开、手指伸直的姿势 |
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1967 |
限制了球在桌子上的反弹次数。在开始发球时，非执拍手要静止在台面上方，球要接近垂直的向上抛，在球开始下降前不能击球。 |
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1969 |
发球时，球垂直向上在45°之内，非执拍手必须打开、平的，在接触球的时候要在桌面以上。 |
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1981 |
发球触网要重发。 |
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1983 |
从开始发球到球被击打为止，非执拍手和球拍必须在台面以上，最远可以击球的位置不能超过发球人身体最后的部分，除了手和脚以外，如果运动员发球时跺脚了，算对方得1分， |
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1987 |
发球时，球必须接近垂直向上至少16CM |
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1989 |
发球时，发球员非执拍手要在发球方的底线后面，球要被接近垂直的抛起。 |
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1991 |
在发球时不一定要整个非执拍手都在发球运动员的底线后面。在发球时跺脚不会直接给对方运动员1分 |
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2002 |
对发球时手要平的要求被取消了，在发球时球拍不需要高于桌面，可以在发球方底线后的任何地方击球，只要球不是藏起来不让对方看见就行。 |
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2003 |
在发球时球被抛起后，发球运动员的非执拍手的手臂必须立刻从发球运动员的身体与网之间的空间移开。 |
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2005 |
在发球时球被抛起后，发球运动员的非执拍手的手臂必须立刻从球与网之间的空间移开。 |
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