关键概念
物理学
碰撞
弹性
恢复系数
密度
简介
了解事物运作原理的一种方法是观察内部——当然,始终要获得许可!这种方法适用于各种事物,即使是那些非机械或不太复杂的事物。当你拿起一个棒球时,你首先想到的可能是它有多硬。你可能不会觉得棒球有弹性。但这正是球与球棒碰撞时所发生的事情。就像一个弹跳球一样,当被球棒击中时,棒球会瞬间变形,然后弹回原来的形状。球的弹性越大,被击中时飞得越远。
背景
如果你曾经观察过棒球的内部——或者在网上查找过图片——你就会知道它是由不同材料的各种层组成的。为什么棒球需要这么多不同的层?在早期比赛中,1848年之前,棒球非常有弹性,由实心橡胶核心制成,直径只有大约三英寸。击打这些“活泼”的球,一些职业球队每场比赛得分高达100分。
随着比赛的发展,更大、更重、弹性更小的球被开发出来。被称为“死球”,它们不像活泼的球那样飞得远或飞得快。在棒球的特性被规范化之前,主队可以选择他们使用的球的种类:如果你的击球手比对方球队更好,你会选择活泼的球;如果你的球队的优势在于投球和防守,你会选择死球。经过数十年的测试,制球者和球员开发出了一种材料和密度的精细组合,因此今天的球在被球棒猛击时既不太活泼也不太死板。从科学上讲,球的活泼性被称为恢复系数——碰撞后相对速度与碰撞前相对速度的比率。
材料
官方美国职业棒球大联盟用球(允许切开)
锋利的刀或小锯子(使用锋利工具时务必有成人协助,切割坚硬且会滚动的物体时要格外小心。)
准备
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当你拆开某物时,不要着急,慢慢来,这样你就可以仔细检查它,并思考每个部件的作用。务必保存好零件,以便你可以看到它们是如何组装在一起的。
步骤
小心剪开红色缝线,将其从球上拉开。你认为缝线有什么作用?白色皮革呢?你认为为什么选择这些颜色用于在绿色草地上进行的比赛用球?
剥开皮革外层。你在这一层看到了什么?你认为细绳对覆盖它的皮革有什么作用?
解开细绳。下一层是什么?许多便宜的棒球在第一层纱线下只有一块实心的软木/橡胶混合物,但对于专业用球来说,纱线才刚刚开始。你看到小的红色线头了吗?你能看出它们的用途吗?
解开深色纱线。接下来你发现了什么?纱线如何影响球的弹跳?想象一下,如果这有帮助,将一个非常紧密缠绕的纱线球和一个非常松散缠绕的纱线球进行对比掉落。
解开浅色纱线。接下来是什么?这最后一层深色纱线对棒球的整体尺寸和质量有多大贡献?
解开更多深色纱线。你在棒球的核心发现了什么?将这个球掉落在安全、坚硬的表面上。它会做什么?你认为如果棒球只由橡胶制成——没有所有这些纱线层——会怎么样?
找到中心的红色橡胶包裹的球,小心地将这个球切成两半,露出其内部。你看到一个微小的核心吗?你能分辨出它是由什么制成的吗?你是否惊讶于在一个简单的棒球中发现了如此多的材料?
附加题:现在你知道了棒球的内部构造,尝试通过围绕中心核心缠绕材料来制作你自己的球。对于覆盖物,尝试使用某种宽幅胶带。尝试不同的设计。哪种材料最适合你?你将如何为不同的目的设计不同的球?
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观察与结果
没有球是完全弹性的;特定球的弹性取决于其构造。如果你改变球的弹跳性,你将彻底改变你用它玩的游戏。例如,想象一下一个几乎不弹跳的篮球。现代棒球受到严格监管:正如你所发现的,它有一个橡胶包裹的软木核心,然后紧紧缠绕着纱线,并覆盖着明矾鞣制的皮革。官方棒球的圆周必须在 9 英寸到 9 又四分之一英寸之间,重量在 5 盎司到 5 又四分之一盎司之间。它们的恢复系数应不高于 0.578,不低于 0.514。现在你知道了那些罕见满垒全垒打背后的一些严肃科学原理!
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“棒球的内部是什么?”由 探索馆 开发,并在《探索实验室:150种探索你身边奇妙科学的方法》第62页中专题介绍。 《探索实验室》由探索馆创作,是一本书,带领 8-12 岁的好奇儿童科学家进行为期 24 小时的家庭调查、实验和发现。
此活动由 探索馆 合作呈现