蹬地、鞭打--物理的

最小作用量原理

1. 简介

 法国物理学家莫佩尔蒂在1744年和1746（注）提出了最小作用量原理，他认为：“自然界里发生变化的时候，这种变化所需要的消耗是最小的。该原理在物理学中是作为公理而存在的，也就是说：“该原理是大家公认的，不证自明的基本事实，即经过长期实践的考验，不需要再加证明的基本原理”。该原理可以用古希腊哲学家的论述来说明：大自然像是一个有思维的生命体，为了满足某些要求，总是聪明地去做事情，并在做事的过程中选择最短，消耗能量最少或最容易的路线。

在自然界和自然科学领域中，作用量代表不同的意义。像骨、羽毛、茎、蜂巢的构造，都是采用最少的材料达到最符合自身目的的形状，材料就是这类问题的作用量。在失重的空中，水珠可以保持完美的球形，因为自然界用表面积最小的球形体积去包裹相同体积的水珠，表面积就是作用量。静电荷总是分布在导体表面上，是自然趋向于让静电荷的静电势能最小，静电荷势能就是作用量。在各科学领域中，把“最少材料”“最小面积”“静电势能最小”等等类似问题称之为“极值问题”。以前认为这些极值问题仅仅是一些物理定律的偶然结果，随着理论的发展，物理学家们已经知道解决极值问题是最小作用量原理在不同领域中的应用。如前所述，研究对象不同，作用量具有不同的物理意义。

2. 乒乓球运动中的应用

a. 加速度最小的击球点

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b. 消耗能量最少的蹬地

腿在发力结构中的作用是支撑，主动蹬地会导致还原慢，发不出力的现象（第七章）。这个结论也可以用最小作用量原理“人体总是聪明地去做事情，并在做事的过程中选择消耗能量最少方法去完成任务”来证明。人体“聪明的”采用消耗能量最少的“蹬地”，即不主动蹬地，只起支撑躯干及大小臂挥拍发力作用。

在蹬地的问题中，做功消耗的能量就是作用量。如果主动蹬地，则蹬地消耗的能量只用来把身体重心从右脚推动到左脚，并没有用来增加拍子的速度。

c. 移动时间最短的步法                                   

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d. 变形最小的下肢框架

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