棒球科学展览项目:打击乐中心

问题

了解甜蜜点是如何与运动和振动相关联的。

材料

• 2英尺长的木板(2英寸x4英寸的木板就可以了)
• U形螺栓
• 钻
• U形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 " x4 "木板的一端钻一个足够大的孔，以插入U型螺栓。用螺栓把2x4挂在窗帘杆上。
2. 在木板的正中间划出一个点。用木槌沿与帘杆平行的方向敲击。木头是如何移动的?注意它沿着窗帘杆移动了多远。
3. 用木槌敲击2x4的一端，使其远离U型螺栓。这次的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(也注意方向)。
4. 从最远的一端开始，在距离末端不同的距离上敲击木头，每次都向中间移动。记录下你离木杆边缘的距离，以及每次击打后木杆沿着木杆移动了多少。是否有一个地方，木头几乎不沿着杆子移动?
5. 用一只手抓住棒球棒(握住它的位置大致是你在击球时通常握住它的位置)，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。当你击打球棒的不同位置时，感觉是如何变化的?是否有一个振动最小的点?闭上眼睛，把注意力集中在你感受到的震动上可能会有帮助。

结果

当木块被击中中心时，它会沿着帘杆侧向移动，但不会旋转。当从另一端击中时，中心不会移动，但木头会绕着它旋转，使U形螺栓向与打击方向相反的方向移动。在木板上的某个点上，从顶部往下大约2/3处，会有一个地方，木板会旋转，但它不会沿着窗帘杆移动。

同样，在拍子上也会有一个震动最小的地方，大概在距离拍子末端17厘米的地方。

为什么?

每个对象都有一个质量中心在这个点上，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，它会——毫不奇怪地——沿着力的方向移动。试着用铅笔(或类似的东西)在桌子上写。

当你推一个远离质心的点时，这个物体将开始旋转(这种力，作用在远离质心的点上，也被称为a转矩)．推物体的一端或另一端只会使物体旋转;它不会横向移动。将物体的末端和质心之间的任何位置进行挤压会使事情变得更加复杂:物体会向一侧移动(物理学家称之为横向移动)平移运动）而且它旋转(旋转运动)．

当你敲击木头的中部时，你在它的质心上施加了一个力。木头以与力相同的方向移动作为回应。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。

沿着木头还有第三个点叫做撞击中心位于地下2/3处。当你击中这个点时，在U形螺栓上产生的平移和旋转运动取消．U形螺栓试图向前移动，同时向后旋转，但这两个速度是一样的．

如果你正拿着球的那端，比如说，当棒球正好击中那个点时，你会感到“球棒”的反冲极小。

当你尝试用球棒和木槌的实验时，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猛拉，但当击球发生在敲击中心附近时，球棒几乎没有移动。

握着球棒还揭示了另一件事: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，导致蝙蝠轻微弯曲。你可以用弹簧狗或绳子握住两端来制造驻波(更好的方法是，让别人握住一端而你握住另一端)。以适当的频率摆动绳子的一端，当绳子的两半朝着相反的方向上下移动时，绳子的中间部分根本不会移动。类似的情况也发生在蝙蝠身上。如果你在正确的位置击球，你的手就会落在波上一个不移动的点上(称为a节点)．让棒球正好击中最佳击球点可以减少震动，减少你手上的刺痛，让球以最快的速度飞出去。