如何制作一个测量快球的弹道盒

大约 300 年前，英国科学家本杰明·罗宾斯 (Benjamin Robins) 决定测量子弹的速度，这项任务促使他发明了弹道摆。该装置跟踪射弹的动量，使用户能够计算速度和能量。虽然后来计时器取代了该方法，但弹道摆有一个很大的优势：它依赖于非常简单的数学。

基本上，用户向钟摆发射一个抛射物（在罗宾斯的时代，是炮弹或火枪子弹）。抛射物移动得越快，钟摆摆动得越远，并拉动卷尺。罗宾斯确定，钟摆摆动的距离以及钟摆的重量和抛射物的重量可用于计算抛射物的速度。子弹速度不引起我的兴趣，但弹道钟摆可以测量任何物体的速度，包括棒球。随着棒球赛季的全面展开，我开始着手制作一个。

为了搭建框架，我使用了用胶合板角撑板加固的规格木材。用一个塑料牛奶箱（箱内衬有揉皱的报纸）作为摆锤的底座。我将箱子顶部固定在一根铝条上，然后将铝条连接到一根木销上。木销穿过框架顶部的孔，因此它可以像烤肉叉一样自由旋转。最后，我将卷尺固定在箱子底部，并将其穿过框架中间的一个槽。槽提供的摩擦力刚好足以防止卷尺在摆锤达到峰值摆动后滑回，从而记录测量值。这个项目花了我大约半天时间，花费不到 50 美元。

105.1：2010 年阿罗鲁迪斯·查普曼投出的最快球速，每小时 105.1 英里

为了测量我的快球，我只需将球投进牛奶箱即可。牛奶箱摆动起来，卷尺记录下钟摆弧的距离。使用罗宾斯的原始方程式，我可以计算出我的投球速度。这比使用计时器或雷达枪更难，但更令人满意。

如何制作弹道摆

一把锯子、一个钻头和几把扳手就是制造弹道摆所需的全部工具。

框架材料

• 8个2.5英寸马车螺栓
• 4 块水平木材（2 英寸 x 4 英寸 x 18 英寸木材）
• 1 个顶盖（2 英寸 x 4 英寸 x 21 英寸木材）
• 1个直径为3/4英寸、长度为24英寸的木钉
• 2 根立柱（2 英寸 x 4 英寸 x 64 英寸木材）
• 2 个角撑板（12” x 12” x 7/16” 胶合板）
• 2 条滑轨（2 英寸 x 2 英寸 x 48 英寸木材）

首先，您必须用规格木材和胶合板角撑板组装框架。请参阅材料清单和施工图。

摆锤材料

• 1 个钟摆（14 英寸牛奶箱效果很好）
• 1 条摆弦（1 英寸 x 3 英寸 x 26 英寸木材）
• 1 个弦杆附件（1 英寸 x 3 英寸 x 7 英寸木材）
• 3 个弦杆固定螺钉（2 英寸 #10 螺钉）
• 4 个弦杆固定到板条箱的螺栓（1.5 英寸 #10 螺栓）
• 2 个弦轴至枢轴螺栓（2 英寸 #10 螺栓）
• 泡沫或报纸作为填充物

对于摆锤，在塑料牛奶箱内垫上垫子。然后，按照摆锤组装图，将牛奶箱连接到铝条上，使用木块将连接区域分开。使用一对 #10 螺栓将铝条的另一端连接到旋转销钉上。

将木钉插入框架，并确保钟摆在框架内摆动时不会受到干扰。

当你将棒球扔进牛奶箱时（确保球击中内部垫子），牛奶箱会向上摆动，附带的卷尺会记录其摆动的距离。我使用 Robins 的原始方程根据此距离计算投球速度。表格假设你将 5 盎司的棒球扔进上述钟摆中，钟摆重 64 盎司，悬挂在 32 英寸的弧度上。

如果您想要测量不同抛射物的速度，或者使用不同长度或重量的摆锤，那么数学和物理就会变得稍微复杂一些。要了解详细信息，请发送电子邮件至 [email protected]。

本文原载于《大众科学》杂志2015年9月号。