基本信息
- 项目名称：
- 基于最佳击球点问题而设计的棒球棒
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文针对棒球运动中的最佳击球点（也称甜点）问题，考虑了最佳击球点的三种普遍定义：1球的反向速度达到最大的点；2击球手击球时手臂受力最小的点；3击球时,传递到手的振动能量最小的点。我们通过采用模型分别给出了不同最佳击球点的位置。然而这三个值却各异。我们在此基础上通过改变棒球棒的相关参数，使得这三个值相近，运动员在该最佳击球点击球时，击球过程中损失的振动能量最小，手腕处的刺痛感最小，并打出最远的距离。
- 详细介绍：
- 随着棒球运动在国际和地区交流的日益增多，棒球运动在我国也逐渐发展起来，并已超越亚洲三强，跃居世界前五之列。但是调查表明，棒球运动员的运动损伤率已高达56%，并且运动员的损伤超过40%集中在手部和肩部，这表明棒球运动员的击球动作对运动员的身体造成了一定程度的伤害。基于此，我们以棒球棒的最佳击球点作为切入点进行研究，通过建立三个模型，分别讨论了棒球棒在实现击打球后反向速度最大，击打球后手受到的冲击力最小和击打球后手接收的能量最少的情况下的最佳击球点。并发现：这三个最佳击球点不在同一个区域。出于人性化考虑，我们设计了一种新的棒球棒，以实现在棒球棒最佳击球点击球时球飞得高、远同时最大程度减少对手的冲击，降低运动员损伤的风险。设计的方法是通过改变球棒的形状参数，使得棒球棒的三种最佳击球点尽可能的趋于一个区域。从而运动员在此处击球时，能获得较佳的反向速度的同时，手受到的冲击力几乎为零，并最大程度上减小击球时棒传递到手上的能量，起到对手的保护作用。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 随着棒球运动在国际和地区交流的日益增多，棒球运动在我国也逐渐发展起来，并已超越亚洲三强，跃居世界前五之列。但是调查表明，棒球运动员的运动损伤率已高达56%，并且运动员的损伤超过40%集中在手部和肩部，这表明棒球运动员的击球动作对运动员的身体造成了一定程度的伤害。基于此，我们以棒球棒的最佳击球点作为切入点进行研究，通过建立三个模型，最大程度上起到对手的保护作用。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品从人性化的角度出发，研究了棒球棒的三种最佳击球点，考虑了传统的棒球棒由于三种最佳击球点的不一致导致运动员在追求竞技目标时对身体带来的伤害，尝试通过改变棒球棒的形状来实现棒球棒的三种最佳击球点的统一，即实现棒球手竞技目标和保护身体目标的统一。想法独树一帜并且在理论上是可以实现。一旦能够设计出最佳棒球棒并取代现有的棒球棒，将能够产生可观的经济效益并对棒球这项运动起到推动作用。
应用价值和现实意义
- 这种新设计出的棒球棒推广后，运动员可以击打出效果更好的球（若棒球棒普遍推广，这将不会涉及竞技公平问题），即击球过程中损失的振动能量最小，手腕处的刺痛感最小，并将球击打出更大的距离和高度。从而，不仅棒球运动将更加具有观赏性，而且运动员运动损伤将得到可以预防和减少，提高运动员的成绩并延长其职业生涯。同时棒球棒的生产在经济上可以产生巨大的产值，并对棒球这项运动具有巨大的推动作用。
学术论文摘要
- 本文针对棒球运动中的最佳击球点（也称甜点）问题，综合考虑了最佳击球点的三种普遍定义：（1）击出的球的反向速度达到最大的点；（2）击球手击球时手臂受力最小的点；（3）击球时,传递到手的振动能量最小的点。对于这三种定义，我们通过采用最大速度模型、旋转动力学模型和梁振动模型分别给出了不同最佳击球点的位置。然而这三个值却各异，因此，我们在此基础上通过改变棒球棒的相关参数，使得这三个值相近，因而，运动员在该最佳击球点击球时，击球过程中损失的振动能量最小，手腕处的刺痛感最小，并将球击打出最远的距离。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [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、陈静霞. 浅析棒球运动在中国的发展之路. 哈尔滨体育学院报2005年第5期
同类课题研究水平概述
- 通过阅读国内外的同类课题的研究文献，我们发现，国内外的研究者很大程度上将研究的方向都局限于基于现有棒球棒的最佳击球点的计算上，并且，在很多文献中，研究者往往依靠不同的最佳击球点的定义来改进最佳击球点的计算，而不是通过改变棒的形状来改变最佳击球点。在国内的文献中，比较权威的研究文献有南京大学的袁静等发表的《基于有限元分析的棒球最佳击球点问题》，在该文献中，作者提出了棒的本征模式，并研究了不同形状的棒的本征模式的变化，为棒的能量最小的最佳击球点的改变提供了理论依据。东南大学的方舟等发表的《关于棒球棒的最佳击球点的探讨》给出了棒球棒的最大反向速度的最佳击球点的计算方法，运用基本的物理定律，计算传统棒球棒的最佳击球点的同时，对棒球棒的不同材料对最佳击球点的影响进行了考虑，但是，并未涉及由于击打过程对运动员身体造成伤害的棒球棒改进思路。 国外的权威文献对最佳击球点的确定方法进行了全面而系统的探讨，Paul等人发表的《batting the ball》给出了棒球棒的的不同击打角度和球的不同入射角度对棒球棒的最佳击球点的影响的讨论，特别对不同击打角度对棒球手的身体造成的伤害进行了评估。内容全面而系统，但是究其本质，依然是对棒球的最佳击球点的计算，并不能给出有效降低击打过程对棒球运动员身体伤害的有效方法。国内外关于棒球的最佳击球点的讨论还有很多，这里不一一列举。 综合以上文献，目前对棒球棒的最佳击球点的研究主要集中在最佳击球点的计算上，到目前为止尚未提出改变棒球棒的形状进而改变棒球棒的最佳击球点来增加运动的观赏性和保护运动员身体的构想。总之 ，结合国内外的文献我们发现，虽然现阶段对棒球棒的最佳击球点的确定已经有了系统的研究，但是对棒球棒的形状的研究还是基本空白。
