如何测乒乓球的速度?
用镜头测量不太准确,因为镜头不是等速的。如果一定要拍摄的话,可以找一段有节奏的曲子(比如《欢乐颂》)来拍摄,在乐曲的鼓点处来拍球,这样能相对准确地测量速度。 最准确的方法还是使用高速摄影。 找一个支持高速摄像机的平台,最好是能保证摄像机完全稳定的,没有风阻和摇晃的可能。然后找几个体积相似、重量相近的乒乓球,按照一定阵型摆出来,逐个打出去,让摄像机把整个过程都记录下来。最后播放录像,计算出每个球的时速。 这个过程需要一些简单的数学知识。
假设我们要测试的乒乓球共有 n 个。第一个球我们记为 1,第二个球我们记为 2,以此类推。用 v_i 表示第 i 个球的时速,用 a_i 表示第 i 个球与下一个球之间的间隔时间(即第二个球打到第一个球的时间差),则所有小球的间隔时间可以用向量 \mathbf{a}=(a_1,\cdots,a_n) 表示。由于每一个小球都是从静止开始加速直到最高速再减速到零,所以我们可以构建一个速度时间的关系式:
v_i = \sqrt[3] {(a_{i+1}-a_i)}
两边同时取自然对数,得
l_i = \frac{1}{3}\ln{\left(\frac{a_{i+1}}{a_i} \right)}.
以上面的形式记录每组的数据,最终组成一个包含 n 个数据的向量 \mathbf{l} 。这样,我们通过一个简单的最小二乘法就可以得到一组拟合参数 b_0 和 b_1,并据此算出每球的时速:
v'_i=b_0+b_1\cdot l_i