乒乓球，作為我國的國球，不僅是一項深受群眾喜愛的休閑運動，更是我國在國際體育競技場上的傳統優勢項目。

2025多哈世乒賽男單決賽，中國選手王楚欽4比1戰勝巴西選手雨果·卡爾德拉諾奪得冠軍 圖片來源：央視新聞

但 為成績 自豪的同時，大家有沒有注意過乒乓球比賽的細節呢？ 比如： 小小的乒乓球，是如何擁有巨大力量的呢？ 為什么賽前裁判要特地檢查比賽雙方的球拍？ 大家為什么要自帶球拍，每個人的球拍不一樣嗎？

東京奧運會孫穎莎和伊藤美誠在賽前相互檢查球拍 圖片來源：截圖自央視

Part.1

電光火石間

乒乒乓乓中的撞擊動力學！

首先，我們要知道，賽場上“乒乒乓乓”，往復飛躍，主要源于球和拍之間的撞擊動力學過程。比賽中，球和球拍的碰撞接觸時間僅為千分之一秒，乒乓球飛行速度最高可達每秒47米！電光火石之間，球拍表層的橡膠和海綿會因為球的快速擠壓而變形、同時吸收動能儲存變形能（當然，球也會變形儲能，球拍底板也會發生微小變形）；當總動能達到某個極小值時、形變達到最大值，此后海綿和橡膠層形變恢復，變形能快速釋放，轉化為乒乓球的動能，于是乒乓球“脫板”而飛，抵達對方隊員球拍后，又會開始下一次的碰撞與飛躍。

球和球拍的碰撞（圖片來源：參考文獻[1] ）

如果在擊球瞬間，乒乓球的受力方向沒有通過球心，切向摩擦力就會使球發生轉動。除了球和拍的相對運動姿態外，影響切向摩擦力的主要原因是球與拍的材質和工藝，因此，通過優化技術可以制造出更高級的球和球拍，讓擊球更具“殺傷力”。

Part.2

球拍為何要仔細檢查？

看完你就懂了！

目前的國際比賽中，乒乓球是由賽場統一提供的，但球拍卻是隊員自行攜帶的，這是為什么呢？

因為球拍的使用契合著運動員的自身特點和習慣，往往需要長時間的磨合才能提升技巧水平、達到“人拍合一”的境界，而乒乓球本身則影響沒那么大。

但從另一方面而言，球拍的自行攜帶機制也從硬件上給比賽帶來了極大的不確定性！

可以想象，為了爭取更大的勝利，各國都會投入大量研發工作來提升球拍性能，球拍結構越來越復雜；縱觀乒乓球運動的發展，技術打法的革新與球拍變革息息相關。

目前，球拍大都由底板、海綿和膠皮三部分組成，隨著這三部分結構的不斷創新，技術打法越來越追求快速、強旋轉，重視“幾招斃命”、回合減少的“速效”打法，但同時，這會顯著降低乒乓球比賽的觀賞性和趣味性，讓“拼體育技術”變成了“拼工業技術”，與奧運的競技精神可不相符。

乒乓球拍（圖片來源：Veer圖庫）

好在，國際乒聯對直接影響球拍和球撞擊過程的重要參數上給出了系列規范。雖然目前對球拍的形狀和重量沒有統一規定，但在球板特性方面作了強制性要求，包括：球板應當足夠平整、堅硬；球拍底板中天然木料層占比不小于85%，木料間粘接層等輔助材料厚度不大于總厚度的7.5%、也不能厚于0.35mm，海綿層厚度不大于0.4mm；以及，橡膠層不允許使用長膠等等。

因此，為了進一步保證比賽的技術公平性，賽前會有專門的檢測處對球拍進行檢測。檢測內容主要包括球拍表面平整度、球拍表面光澤度、水溶性膠水和膠皮海綿合法性等等。

這下，你明白為何運動員的球拍為何要被一一檢查了嗎？

在球拍的發展歷程中，還有一個小插曲——早期運動員曾使用到有機溶劑溶解橡膠精制成的快速膠水，來實現多變的撞擊以控制球速和轉動。因為它在粘合球拍底板和海綿層時，能在短時間內形成特殊的分布式氣囊結構；然而，這種快速膠水對人體傷害很大，所以漸被禁用，而球拍是否含有快速膠水也成一項重要的檢測指標。

Part.3

人靠衣裝馬靠鞍

乒乓選手看底板

球拍底板雖然不直接觸球，但卻是整個球拍的承力主體。 和底板相關的參數有： 硬度、彈性和底勁。 “底勁”又是啥？ 從力學上簡單地講，它可以理解為防止球與拍碰撞能量耗散的一股“勁兒”。 最有“底勁”的極限理想情況是“存多少、就能取多少”。 一般而言，球拍底板木料不多于七層，因為層數越多、表現越硬，所以快攻選手往往選用七層硬木板、弧圈選手則常常選用五層夾芯軟底板，真是“人靠衣裝馬靠鞍，乒乓選手看底板”。

新材料、新工藝的加持，特別是纖維增強復合材料技術的發展和支持，讓球拍底板力學性能提升很快。纖維類型良多、選擇頗有講究：典型的有碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維及其混編體。

其中，高強玻璃纖維底板最適合現代鞭打式擊球，手感上它最接近純木底板、但是變形恢復速度又遠超實木底板；比重輕、剛度大的碳纖維底板，撞擊變形恢復時間短、回球加速快，可以幫助運動員制造高速低弧線球；芳綸纖維底板底勁充足，而且能減輕撞擊震動，長期使用更有利于保護運動員手腕；不難想象，芳綸纖維和碳纖維混編底板或許能兼具二者優勢，既有足夠快的脫板速度、又有足夠柔和的手感。

總之，底板取材豐富多彩，因人而異各取所需，真可謂“量體裁衣”了。

Part.4

膠皮、海綿：

與底板相輔相成的軟性材料

乒乓球拍用的海綿是一種發泡橡膠，粘貼在底板和膠皮之間。 海綿夾層的主要作用是拉長球和拍的接觸時間，提高球拍整體彈性及其摩擦切球能力。

從力學性能上粗略劃分，海綿可分為高彈和低彈兩種類型：高彈海綿回彈大、壓縮負荷比高，用高彈海綿的球拍能打出較高的旋轉和速度；低彈海綿反彈小、因此又名惰性海綿，低彈海綿球拍控球穩健、容易控球，在制造旋轉時擊球運動員需要發揮更多自身力量。

作為直接接觸球體的膠皮，其工藝技術更是日新月異。簡單地說，當前乒乓球拍主要用到兩類膠皮，即顆粒膠和反貼膠。其中，顆粒膠膠皮顆粒朝外，當顆粒直徑等于、大于或小于顆粒長度時，它又分別稱為正膠、生膠和長膠。反貼膠膠皮顆粒朝內，通常需要搭配厚的硬海綿，而自身又厚又硬的反膠就叫防弧膠，則需要相對松軟的海綿配合。不難理解，不同膠皮對乒乓球具有不同的摩擦能力，這就可以配合不同的技術打法。

優化的膠皮、海綿搭配與底板性能的發揮相輔相成、相得益彰。

最終，膠皮、海綿和底板的不同組合讓球拍們展示出各有千秋的特別性能。

Part.5

球的變遷：

ABS與大球時代

說完球拍，咱們也說說球。

為了增加乒乓球運動的觀賞性，2000年，國際乒聯將其直徑從38毫米增加到40毫米，開啟了乒乓球的大球時代。

大球飛行阻力更大、旋轉時空氣摩擦力矩也更大，且自身轉動慣量也大，因此大球的飛行速度和旋轉速度也更低。想讓球快速轉起，運動員往往需要付出更大努力。

與球拍的變遷史類似，乒乓球本身的材料也是幾經更替。2014年，服役百余年的賽璐珞球被換為安全環保的無縫塑料球，因為賽璐珞有毒且易燃，給航空運輸帶來很大困難。 然而，在干冷環境里，由于冷縮、干縮和冷脆等力學效應，無縫塑料球容易破裂，有數據顯示其損耗率比賽璐珞球至少高出20%。不過在干冷環境里，無縫塑料球容易爆裂，損耗率比賽璐珞球高20~30%。 所以，2017年，世乒賽開始廣泛采用ABS材質，作為一種三元共聚物，ABS具有更好的性能和更低的成本。

乒乓球（圖片來源：Veer圖庫）

“工欲善其事，必先利其器”，球與拍就是是乒乓賽場的武器裝備。對于運動員來說，好的裝備能以更大限度的發揮出高水準，給觀眾帶來更炫的表演。縱觀乒乓球發展史，球拍和球的技術進步互為挑戰，相輔相成：球拍不斷朝著彈性更高、摩擦操控性更強的方向發展，目的是使球速更快、運動軌跡更難以捉摸；乒乓球卻是朝著體積更大、慣性更大的方向發展，目的是使它飛行更穩定、精彩更持久。

乒乓球在變，球拍也在變，但是努力拼搏的中國乒乓球的精神不變，世界和平的奧運精神不變，讓我們祝福所有健兒再創佳績！

參考文獻:

1.乒乓球的前世今生[J]. 走近科學, 2009, 000(002):52-57.

2.乒乓球教材小組. 乒乓球[M]. 北京:人民體育出版社, 1992:95.

3.費曼. 物理講義 第一卷[M]. 北京:世界圖書出版公司，2008:4-5

4.王吉生. 如何進行乒乓球底板與海綿膠皮的選擇搭配[J]. 乒乓世界, 1999(4).

5.中國乒乓球協會. 乒乓球競賽規則[M]. 人民體育出版社, 2003、2011.

6.蘇清強, 王浩峰. 乒乓球拍底板材料與底板性能分析[J]. 新鄉學院學報:自然科學版, 2010.

7.劉瓊. 簡析乒乓球球拍的演變與革新[J]. 運動, 2016, 000(024):134-135.

8.陳偉勝, 楊敏. “防抱死”乒乓球成賽場新寵[N]. 廣州日報, 2017-10-07.

出品：科普中國

作者：劉聰、吳臣武（中國科學院力學研究所）

監制：中國科普博覽

本文僅代表作者觀點，不代表中國科普博覽立場

本文首發于中國科普博覽（kepubolan）

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