棒球科学展览项目:打击中心

问题

了解最佳点如何与运动和振动相关联。

材料

• 2英尺长的木板(2英寸x4英寸木板就可以了)
• U形螺栓
• 钻
• U型螺栓可滑动的光滑杆(如浴帘杆)
• 橡皮锤
• 卷尺
• 棒球棒

过程

1. 在2英寸x4英寸木板的一端钻一个足够大的孔，以插入U形螺栓。用螺栓将2x4挂在窗帘杆上。
2. 沿着木头的长度在中间划出一个点。用木槌沿与窗帘杆平行的方向敲击。木头是如何移动的?注意它沿窗帘杆移动的距离。
3. 用木槌敲击距离U型螺栓最远的2x4一端。动作和上次有什么不同吗?它朝哪个方向移动?多远?注意它现在沿着杆子移动了多远(同时注意方向)。
4. 从较远的一端开始，从距离末端不同的距离敲击木头，每次都向中心移动。记录你距离木棒边缘的距离，以及每次敲击后木棒沿木棒移动的距离。是否有一个地方，木材几乎没有沿着杆移动?
5. 用一只手抓住棒球棒(握在你通常拿球棒的地方)，让它垂向地面。
6. 让一个朋友用木槌从球棒远端的不同距离击打球棒。注意球棒在你手中的移动，特别注意任何振动的感觉。当你击打蝙蝠的不同位置时，感觉是如何变化的?有没有振动最小的地方?闭上眼睛，把注意力集中在你感受到的振动上可能会有所帮助。

结果

当木材在中心被击打时，它会沿着窗帘杆横向移动，但不会旋转。当在远端被击中时，中心不会移动，但木材围绕它旋转，使U形螺栓朝着与打击方向相反的方向移动。在木条上的某个位置，大约从顶部向下2/3处，会有一个木条旋转的地方，但它不会沿着窗帘杆移动。

同样，在球棒上也会有一个振动最小的地方，大概在距离球棒末端17厘米左右。

为什么?

每个对象都有一个质心在这个点上，你可以完美地平衡物体。对于密度均匀的木板来说，这个点就在正中间。当你对一个物体的质心施加一个力时，它将-不太奇怪-朝着力的方向移动。在桌子上用铅笔(或类似的东西)试一试。

当你推一个远离质心的点时，物体将开始旋转(这种类型的力，施加在远离质心的点上，也称为a转矩)．推一端或另一端只会使物体旋转;它不会横向移动。在物体的末端和质心之间的任何位置推物体会让事情变得更加复杂:物体向侧面移动(物理学家称之为横向移动)平移运动）而且它旋转(旋转运动)．

当你敲击木头的中间时，你在它的质心上施加了一个力。木头的反应是与力的方向一致。当你击中木头的另一端时，它会试图绕着质心旋转，u形螺栓就会移动相反方向。

沿着树林还有第三个点叫做冲击中心位于地下2/3处。当你击中这个点时，U形螺栓产生的平移和旋转运动取消．U形螺栓试图同时向前移动和向后旋转，但是这两个速度是一样的．

如果你握着那一端，当棒球在那个点击中时，你会感觉到最小的“球棒”的反冲。

当你尝试用球棒和木槌做实验时，你可能注意到了这一点。你可能会感觉到球棒在你的手中被向前或向后拉，但当打击发生在敲击中心附近时，球棒几乎没有移动。

握着球棒还揭示了其他一些东西:球棒的振动。当球棒被击中时，驻波沿着它的长度移动。这些波是静止的，使蝙蝠微微弯曲。你可以用弹簧或绳子抓住两端来做驻波(更好的是，让别人抓住一端，而你抓住另一端)。以适当的频率摆动一端，当绳子的两半以相反的方向上下移动时，绳子的中间完全不会移动。类似的情况也发生在蝙蝠身上。如果你在正确的点上击中它，你的手就会在波上一个不移动的点上(称为波点)节点)．把棒球打在最佳击球点上，可以最大限度地减少振动，减轻你手上的刺痛，让球以最快的速度飞出去。