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基本信息
- 項目名稱：
- 基于最佳擊球點問題而設(shè)計的棒球棒
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 本文針對棒球運(yùn)動中的最佳擊球點（也稱甜點）問題，考慮了最佳擊球點的三種普遍定義：1球的反向速度達(dá)到最大的點；2擊球手擊球時手臂受力最小的點；3擊球時,傳遞到手的振動能量最小的點。我們通過采用模型分別給出了不同最佳擊球點的位置。然而這三個值卻各異。我們在此基礎(chǔ)上通過改變棒球棒的相關(guān)參數(shù)，使得這三個值相近，運(yùn)動員在該最佳擊球點擊球時，擊球過程中損失的振動能量最小，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)動在國際和地區(qū)交流的日益增多，棒球運(yùn)動在我國也逐漸發(fā)展起來，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)動員的運(yùn)動損傷率已高達(dá)56%，并且運(yùn)動員的損傷超過40%集中在手部和肩部，這表明棒球運(yùn)動員的擊球動作對運(yùn)動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作為切入點進(jìn)行研究，通過建立三個模型，分別討論了棒球棒在實現(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。并發(fā)現(xiàn)：這三個最佳擊球點不在同一個區(qū)域。出于人性化考慮，我們設(shè)計了一種新的棒球棒，以實現(xiàn)在棒球棒最佳擊球點擊球時球飛得高、遠(yuǎn)同時最大程度減少對手的沖擊，降低運(yùn)動員損傷的風(fēng)險。設(shè)計的方法是通過改變球棒的形狀參數(shù)，使得棒球棒的三種最佳擊球點盡可能的趨于一個區(qū)域。從而運(yùn)動員在此處擊球時，能獲得較佳的反向速度的同時，手受到的沖擊力幾乎為零，并最大程度上減小擊球時棒傳遞到手上的能量，起到對手的保護(hù)作用。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 隨著棒球運(yùn)動在國際和地區(qū)交流的日益增多，棒球運(yùn)動在我國也逐漸發(fā)展起來，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)動員的運(yùn)動損傷率已高達(dá)56%，并且運(yùn)動員的損傷超過40%集中在手部和肩部，這表明棒球運(yùn)動員的擊球動作對運(yùn)動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作為切入點進(jìn)行研究，通過建立三個模型，最大程度上起到對手的保護(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，考慮了傳統(tǒng)的棒球棒由于三種最佳擊球點的不一致導(dǎo)致運(yùn)動員在追求競技目標(biāo)時對身體帶來的傷害，嘗試通過改變棒球棒的形狀來實現(xiàn)棒球棒的三種最佳擊球點的統(tǒng)一，即實現(xiàn)棒球手競技目標(biāo)和保護(hù)身體目標(biāo)的統(tǒng)一。想法獨(dú)樹一幟并且在理論上是可以實現(xiàn)。一旦能夠設(shè)計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)效益并對棒球這項運(yùn)動起到推動作用。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 這種新設(shè)計出的棒球棒推廣后，運(yùn)動員可以擊打出效果更好的球（若棒球棒普遍推廣，這將不會涉及競技公平問題），即擊球過程中損失的振動能量最小，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)動將更加具有觀賞性，而且運(yùn)動員運(yùn)動損傷將得到可以預(yù)防和減少，提高運(yùn)動員的成績并延長其職業(yè)生涯。同時棒球棒的生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上可以產(chǎn)生巨大的產(chǎn)值，并對棒球這項運(yùn)動具有巨大的推動作用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文針對棒球運(yùn)動中的最佳擊球點（也稱甜點）問題，綜合考慮了最佳擊球點的三種普遍定義：（1）擊出的球的反向速度達(dá)到最大的點；（2）擊球手擊球時手臂受力最小的點；（3）擊球時,傳遞到手的振動能量最小的點。對于這三種定義，我們通過采用最大速度模型、旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型和梁振動模型分別給出了不同最佳擊球點的位置。然而這三個值卻各異，因此，我們在此基礎(chǔ)上通過改變棒球棒的相關(guān)參數(shù)，使得這三個值相近，因而，運(yùn)動員在該最佳擊球點擊球時，擊球過程中損失的振動能量最小，手腕處的刺痛感最小，并將球擊打出最遠(yuǎn)的距離。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
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)動在中國的發(fā)展之路. 哈爾濱體育學(xué)院報2005年第5期
同類課題研究水平概述
- 通過閱讀國內(nèi)外的同類課題的研究文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)，國內(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的計算上，并且，在很多文獻(xiàn)中，研究者往往依靠不同的最佳擊球點的定義來改進(jìn)最佳擊球點的計算，而不是通過改變棒的形狀來改變最佳擊球點。在國內(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問題》，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的探討》給出了棒球棒的最大反向速度的最佳擊球點的計算方法，運(yùn)用基本的物理定律，計算傳統(tǒng)棒球棒的最佳擊球點的同時，對棒球棒的不同材料對最佳擊球點的影響進(jìn)行了考慮，但是，并未涉及由于擊打過程對運(yùn)動員身體造成傷害的棒球棒改進(jìn)思路。 國外的權(quán)威文獻(xiàn)對最佳擊球點的確定方法進(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棒球棒的最佳擊球點的影響的討論，特別對不同擊打角度對棒球手的身體造成的傷害進(jìn)行了評估。內(nèi)容全面而系統(tǒng)，但是究其本質(zhì)，依然是對棒球的最佳擊球點的計算，并不能給出有效降低擊打過程對棒球運(yùn)動員身體傷害的有效方法。國內(nèi)外關(guān)于棒球的最佳擊球點的討論還有很多，這里不一一列舉。 綜合以上文獻(xiàn)，目前對棒球棒的最佳擊球點的研究主要集中在最佳擊球點的計算上，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來增加運(yùn)動的觀賞性和保護(hù)運(yùn)動員身體的構(gòu)想?？傊?，結(jié)合國內(nèi)外的文獻(xiàn)我們發(fā)現(xiàn)，雖然現(xiàn)階段對棒球棒的最佳擊球點的確定已經(jīng)有了系統(tǒng)的研究，但是對棒球棒的形狀的研究還是基本空白。
