棒球揭秘:是什麼賦予棒球彈力?

探索棒球核心的秘密

關鍵概念
物理學
碰撞
彈性
恢復係數
密度
 
簡介
瞭解事物運作原理的一種方法是觀察內部——當然,始終要獲得許可!這種方法適用於各種事物,即使是那些非機械或不太複雜的事物。當你拿起一個棒球時,你首先想到的可能是它有多硬。你可能不會覺得棒球有彈性。但這正是球與球棒碰撞時所發生的事情。就像一個彈跳球一樣,當被球棒擊中時,棒球會瞬間變形,然後彈回原來的形狀。球的彈性越大,被擊中時飛得越遠。
 
背景
如果你曾經觀察過棒球的內部——或者在網上查詢過圖片——你就會知道它是由不同材料的各種層組成的。為什麼棒球需要這麼多不同的層?在早期比賽中,1848年之前,棒球非常有彈性,由實心橡膠核心製成,直徑只有大約三英寸。擊打這些“活潑”的球,一些職業球隊每場比賽得分高達100分。
 
隨著比賽的發展,更大、更重、彈性更小的球被開發出來。被稱為“死球”,它們不像活潑的球那樣飛得遠或飛得快。在棒球的特性被規範化之前,主隊可以選擇他們使用的球的種類:如果你的擊球手比對方球隊更好,你會選擇活潑的球;如果你的球隊的優勢在於投球和防守,你會選擇死球。經過數十年的測試,制球者和球員開發出了一種材料和密度的精細組合,因此今天的球在被球棒猛擊時既不太活潑也不太死板。從科學上講,球的活潑性被稱為恢復係數——碰撞後相對速度與碰撞前相對速度的比率。
 
材料

  • 官方美國職業棒球大聯盟用球(允許切開)

  • 鋒利的刀或小鋸子(使用鋒利工具時務必有成人協助,切割堅硬且會滾動的物體時要格外小心。)

  準備


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  • 當你拆開某物時,不要著急,慢慢來,這樣你就可以仔細檢查它,並思考每個部件的作用。務必儲存好零件,以便你可以看到它們是如何組裝在一起的。

  步驟

  • 小心剪開紅色縫線,將其從球上拉開。你認為縫線有什麼作用?白色皮革呢?你認為為什麼選擇這些顏色用於在綠色草地上進行的比賽用球?

  • 剝開皮革外層。你在這一層看到了什麼?你認為細繩對覆蓋它的皮革有什麼作用?

  • 解開細繩。下一層是什麼?許多便宜的棒球在第一層紗線下只有一塊實心的軟木/橡膠混合物,但對於專業用球來說,紗線才剛剛開始。你看到小的紅色線頭了嗎?你能看出它們的用途嗎?

  • 解開深色紗線。接下來你發現了什麼?紗線如何影響球的彈跳?想象一下,如果這有幫助,將一個非常緊密纏繞的紗線球和一個非常鬆散纏繞的紗線球進行對比掉落。

  • 解開淺色紗線。接下來是什麼?這最後一層深色紗線對棒球的整體尺寸和質量有多大貢獻?

  • 解開更多深色紗線。你在棒球的核心發現了什麼?將這個球掉落在安全、堅硬的表面上。它會做什麼?你認為如果棒球只由橡膠製成——沒有所有這些紗線層——會怎麼樣?

  • 找到中心的紅色橡膠包裹的球,小心地將這個球切成兩半,露出其內部。你看到一個微小的核心嗎?你能分辨出它是由什麼製成的嗎?你是否驚訝於在一個簡單的棒球中發現瞭如此多的材料?

  • 附加題:現在你知道了棒球的內部構造,嘗試透過圍繞中心核心纏繞材料來製作你自己的球。對於覆蓋物,嘗試使用某種寬幅膠帶。嘗試不同的設計。哪種材料最適合你?你將如何為不同的目的設計不同的球?

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觀察與結果
沒有球是完全彈性的;特定球的彈性取決於其構造。如果你改變球的彈跳性,你將徹底改變你用它玩的遊戲。例如,想象一下一個幾乎不彈跳的籃球。現代棒球受到嚴格監管:正如你所發現的,它有一個橡膠包裹的軟木核心,然後緊緊纏繞著紗線,並覆蓋著明礬鞣製的皮革。官方棒球的圓周必須在 9 英寸到 9 又四分之一英寸之間,重量在 5 盎司到 5 又四分之一盎司之間。它們的恢復係數應不高於 0.578,不低於 0.514。現在你知道了那些罕見滿壘全壘打背後的一些嚴肅科學原理!
 
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“棒球的內部是什麼?”由 探索館 開發,並在《探索實驗室:150種探索你身邊奇妙科學的方法》第62頁中專題介紹。 《探索實驗室》由探索館創作,是一本書,帶領 8-12 歲的好奇兒童科學家進行為期 24 小時的家庭調查、實驗和發現。

此活動由 探索館 合作呈現

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