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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 基于最佳擊球點(diǎn)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的棒球棒
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 數(shù)理
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 本文針對(duì)棒球運(yùn)動(dòng)中的最佳擊球點(diǎn)（也稱(chēng)甜點(diǎn)）問(wèn)題，考慮了最佳擊球點(diǎn)的三種普遍定義：1球的反向速度達(dá)到最大的點(diǎn)；2擊球手擊球時(shí)手臂受力最小的點(diǎn)；3擊球時(shí),傳遞到手的振動(dòng)能量最小的點(diǎn)。我們通過(guò)采用模型分別給出了不同最佳擊球點(diǎn)的位置。然而這三個(gè)值卻各異。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上通過(guò)改變棒球棒的相關(guān)參數(shù)，使得這三個(gè)值相近，運(yùn)動(dòng)員在該最佳擊球點(diǎn)擊球時(shí)，擊球過(guò)程中損失的振動(dòng)能量最小，手腕處的刺痛感最小，并打出最遠(yuǎn)的距離。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著棒球運(yùn)動(dòng)在國(guó)際和地區(qū)交流的日益增多，棒球運(yùn)動(dòng)在我國(guó)也逐漸發(fā)展起來(lái)，并已超越亞洲三強(qiáng)，躍居世界前五之列。但是調(diào)查表明，棒球運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)損傷率已高達(dá)56%，并且運(yùn)動(dòng)員的損傷超過(guò)40%集中在手部和肩部，這表明棒球運(yùn)動(dòng)員的擊球動(dòng)作對(duì)運(yùn)動(dòng)員的身體造成了一定程度的傷害?；诖?，我們以棒球棒的最佳擊球點(diǎn)作為切入點(diǎn)進(jìn)行研究，通過(guò)建立三個(gè)模型，分別討論了棒球棒在實(shí)現(xiàn)擊打球后反向速度最大，擊打球后手受到的沖擊力最小和擊打球后手接收的能量最少的情況下的最佳擊球點(diǎn)。并發(fā)現(xiàn)：這三個(gè)最佳擊球點(diǎn)不在同一個(gè)區(qū)域。出于人性化考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新的棒球棒，以實(shí)現(xiàn)在棒球棒最佳擊球點(diǎn)擊球時(shí)球飛得高、遠(yuǎn)同時(shí)最大程度減少對(duì)手的沖擊，降低運(yùn)動(dòng)員損傷的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)的方法是通過(guò)改變球棒的形狀參數(shù)，使得棒球棒的三種最佳擊球點(diǎn)盡可能的趨于一個(gè)區(qū)域。從而運(yùn)動(dòng)員在此處擊球時(shí)，能獲得較佳的反向速度的同時(shí)，手受到的沖擊力幾乎為零，并最大程度上減小擊球時(shí)棒傳遞到手上的能量，起到對(duì)手的保護(hù)作用。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 隨著棒球運(yùn)動(dòng)在國(guó)際和地區(qū)交流的日益增多，棒球運(yùn)動(dòng)在我國(guó)也逐漸發(fā)展起來(lái)，并已超越亞洲三強(qiáng)，躍居世界前五之列。但是調(diào)查表明，棒球運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)損傷率已高達(dá)56%，并且運(yùn)動(dòng)員的損傷超過(guò)40%集中在手部和肩部，這表明棒球運(yùn)動(dòng)員的擊球動(dòng)作對(duì)運(yùn)動(dòng)員的身體造成了一定程度的傷害。基于此，我們以棒球棒的最佳擊球點(diǎn)作為切入點(diǎn)進(jìn)行研究，通過(guò)建立三個(gè)模型，最大程度上起到對(duì)手的保護(hù)作用。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本作品從人性化的角度出發(fā)，研究了棒球棒的三種最佳擊球點(diǎn)，考慮了傳統(tǒng)的棒球棒由于三種最佳擊球點(diǎn)的不一致導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員在追求競(jìng)技目標(biāo)時(shí)對(duì)身體帶來(lái)的傷害，嘗試通過(guò)改變棒球棒的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)棒球棒的三種最佳擊球點(diǎn)的統(tǒng)一，即實(shí)現(xiàn)棒球手競(jìng)技目標(biāo)和保護(hù)身體目標(biāo)的統(tǒng)一。想法獨(dú)樹(shù)一幟并且在理論上是可以實(shí)現(xiàn)。一旦能夠設(shè)計(jì)出最佳棒球棒并取代現(xiàn)有的棒球棒，將能夠產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益并對(duì)棒球這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)起到推動(dòng)作用。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 這種新設(shè)計(jì)出的棒球棒推廣后，運(yùn)動(dòng)員可以擊打出效果更好的球（若棒球棒普遍推廣，這將不會(huì)涉及競(jìng)技公平問(wèn)題），即擊球過(guò)程中損失的振動(dòng)能量最小，手腕處的刺痛感最小，并將球擊打出更大的距離和高度。從而，不僅棒球運(yùn)動(dòng)將更加具有觀賞性，而且運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)損傷將得到可以預(yù)防和減少，提高運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)并延長(zhǎng)其職業(yè)生涯。同時(shí)棒球棒的生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上可以產(chǎn)生巨大的產(chǎn)值，并對(duì)棒球這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)具有巨大的推動(dòng)作用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文針對(duì)棒球運(yùn)動(dòng)中的最佳擊球點(diǎn)（也稱(chēng)甜點(diǎn)）問(wèn)題，綜合考慮了最佳擊球點(diǎn)的三種普遍定義：（1）擊出的球的反向速度達(dá)到最大的點(diǎn)；（2）擊球手擊球時(shí)手臂受力最小的點(diǎn)；（3）擊球時(shí),傳遞到手的振動(dòng)能量最小的點(diǎn)。對(duì)于這三種定義，我們通過(guò)采用最大速度模型、旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型和梁振動(dòng)模型分別給出了不同最佳擊球點(diǎn)的位置。然而這三個(gè)值卻各異，因此，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上通過(guò)改變棒球棒的相關(guān)參數(shù)，使得這三個(gè)值相近，因而，運(yùn)動(dòng)員在該最佳擊球點(diǎn)擊球時(shí)，擊球過(guò)程中損失的振動(dòng)能量最小，手腕處的刺痛感最小，并將球擊打出最遠(yuǎn)的距離。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- [1] Zandt, L.L, 1992, “The Dynamical Theory of the Baseball Bat”. American Journal of Physics. 60 (2), pp. 172-181 [2] Bruel & Kjaer. Structural Testing: Part 2- Modal Analysis and simulation. Bruel & Kjaer. Denmark. pp. 4-48 [3] Richard M. Greenwald, Lori H. Penna, and Joseph J. Crisco, 2001 “Differences in Batted Ball Speed With Wood and Aluminum Baseball Bats: A Batting Cage Study”. JOURNAL OF APPLIED BIOMECHANICS, 17, 241-252 [4] G. S. Fleisig, N. Zheng, D. F. Stodden, J. R. AndrewsArticle, 2002, “Relationship between bat mass properties and bat velocity”. [5] Mahesh M. Shenoy, Lloyd V.Smith*, John T. Axtell. 2001 “Performance assessment of wood, metal and composite baseball bats”. Composite Structures 52 397-404 [6] 宋校能、陳靜霞. 淺析棒球運(yùn)動(dòng)在中國(guó)的發(fā)展之路. 哈爾濱體育學(xué)院報(bào)2005年第5期
同類(lèi)課題研究水平概述
- 通過(guò)閱讀國(guó)內(nèi)外的同類(lèi)課題的研究文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外的研究者很大程度上將研究的方向都局限于基于現(xiàn)有棒球棒的最佳擊球點(diǎn)的計(jì)算上，并且，在很多文獻(xiàn)中，研究者往往依靠不同的最佳擊球點(diǎn)的定義來(lái)改進(jìn)最佳擊球點(diǎn)的計(jì)算，而不是通過(guò)改變棒的形狀來(lái)改變最佳擊球點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)的文獻(xiàn)中，比較權(quán)威的研究文獻(xiàn)有南京大學(xué)的袁靜等發(fā)表的《基于有限元分析的棒球最佳擊球點(diǎn)問(wèn)題》，在該文獻(xiàn)中，作者提出了棒的本征模式，并研究了不同形狀的棒的本征模式的變化，為棒的能量最小的最佳擊球點(diǎn)的改變提供了理論依據(jù)。東南大學(xué)的方舟等發(fā)表的《關(guān)于棒球棒的最佳擊球點(diǎn)的探討》給出了棒球棒的最大反向速度的最佳擊球點(diǎn)的計(jì)算方法，運(yùn)用基本的物理定律，計(jì)算傳統(tǒng)棒球棒的最佳擊球點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)棒球棒的不同材料對(duì)最佳擊球點(diǎn)的影響進(jìn)行了考慮，但是，并未涉及由于擊打過(guò)程對(duì)運(yùn)動(dòng)員身體造成傷害的棒球棒改進(jìn)思路。 國(guó)外的權(quán)威文獻(xiàn)對(duì)最佳擊球點(diǎn)的確定方法進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的探討，Paul等人發(fā)表的《batting the ball》給出了棒球棒的的不同擊打角度和球的不同入射角度對(duì)棒球棒的最佳擊球點(diǎn)的影響的討論，特別對(duì)不同擊打角度對(duì)棒球手的身體造成的傷害進(jìn)行了評(píng)估。內(nèi)容全面而系統(tǒng)，但是究其本質(zhì)，依然是對(duì)棒球的最佳擊球點(diǎn)的計(jì)算，并不能給出有效降低擊打過(guò)程對(duì)棒球運(yùn)動(dòng)員身體傷害的有效方法。國(guó)內(nèi)外關(guān)于棒球的最佳擊球點(diǎn)的討論還有很多，這里不一一列舉。 綜合以上文獻(xiàn)，目前對(duì)棒球棒的最佳擊球點(diǎn)的研究主要集中在最佳擊球點(diǎn)的計(jì)算上，到目前為止尚未提出改變棒球棒的形狀進(jìn)而改變棒球棒的最佳擊球點(diǎn)來(lái)增加運(yùn)動(dòng)的觀賞性和保護(hù)運(yùn)動(dòng)員身體的構(gòu)想。總之 ，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)我們發(fā)現(xiàn)，雖然現(xiàn)階段對(duì)棒球棒的最佳擊球點(diǎn)的確定已經(jīng)有了系統(tǒng)的研究，但是對(duì)棒球棒的形狀的研究還是基本空白。
