如何製作一個測量快速球的彈道箱

大約300年前，英國科學家班傑明‧羅賓斯決定測量子彈的速度，為此他發明了彈道擺。這種裝置可以追蹤彈丸的動量，從而計算出其速度和能量。雖然後來測速儀取代了這種方法，但彈道擺有一個很大的優點：它是基於非常簡單的數學原理。

簡單來說，使用者向擺錘發射一個彈丸——在羅賓斯時代，通常是砲彈或火槍子彈。彈丸速度越快，擺錘擺動的距離越遠，帶動測量捲尺在後面移動。羅賓斯發現，擺錘擺動的距離，加上擺錘本身和彈丸的重量，可以用來計算彈丸的速度。我對子彈的速度不感興趣，但彈道擺可以測量任何物體的速度——包括棒球。正值棒球賽季如火如荼之際，我決定自己做一個。

為了製作框架，我使用了用合板加固的規格材。一個內襯揉皺報紙的塑膠牛奶箱被用作擺錘的底座。我將箱子的頂部固定在一根鋁桿上，然後鋁桿連接到一根木榫上。木榫穿過框架頂部的孔，這樣它就可以像烤肉叉一樣自由旋轉。最後，我將捲尺固定在箱子底部，並穿過框架中間的一個槽。這個槽提供的摩擦力恰到好處，可以防止捲尺在擺錘到達最高點後滑落，從而記錄測量結果。這個專案大約花了我半天時間，成本不到50美元。

105.1：這是有史以​​來最快的投球速度，由阿羅迪斯·查普曼在2010年投出。

為了測量我的快速球，我只需把球投進牛奶箱裡。箱子會向上擺動，捲尺會記錄下擺錘擺動的弧線距離。利用羅賓斯最初的公式，我就可以計算出我的投球速度。這比用測速儀或測速槍要難得多——但也更有成就感。

如何製作彈道擺

製作彈道擺只需要一把鋸子、一把鑽頭和幾把扳手。

框架材料

• 8 個 2.5 英吋馬車螺栓
• 4根橫樑（2英吋 x 4英吋 x 18英吋木材）
• 1 個頂蓋（2 英吋 x 4 英吋 x 21 英吋木材）
• 1根直徑3/4吋、長度24吋的木榫
• 2根立柱（2吋 x 4吋 x 64吋木材）
• 2 個角撐板（12” x 12” x 7/16” 合板）
• 2根橫樑（2英吋 x 2英吋 x 48英吋木材）

首先，您必須使用規格材和合板角撐板組裝框架。請參考材料清單和施工圖示。

擺錘材料

• 1 個擺錘（一個 14 英吋的牛奶箱就很好用）
• 1根擺錘弦（1吋 x 3吋 x 26吋木材）
• 1 個弦桿附件（1 英吋 x 3 英吋 x 7 英吋木材）
• 3 個弦線連接螺絲（2 英吋 #10 螺絲）
• 4 個用於將繩子固定到箱子上的螺栓（1.5 英吋 #10 螺栓）
• 2 個弦桿到樞軸螺栓（2 英吋 #10 螺栓）
• 泡棉或報紙作襯墊

製作擺錘時，先在塑膠牛奶箱內襯上軟墊。然後，依照擺錘組裝圖，用木塊撐開連接處，將牛奶箱固定在鋁桿上。最後，用兩顆10號螺栓將鋁桿的另一端固定在可旋轉的插銷上。

將木榫插入框架中，並確保擺錘在框架內擺動不受阻礙。

當你將棒球投向牛奶箱（確保球擊中內部的緩衝墊）時，箱子會向上擺動，箱子上的捲尺會記錄下擺動的距離。我使用羅賓斯最初的公式，根據這個距離計算了投球速度。表格假設你投擲的是一個5盎司的棒球，落入上述的擺錘中，該擺錘重64盎司，懸掛在32英寸的弧線上。

如果您想測量不同拋射體的速度，或使用不同長度或重量的擺錘，相關的數學和物理原理就會變得更加複雜。如需了解詳細信息，請發送電子郵件至[email protected]。

本文原刊於 2015 年 9 月的《大眾科學》雜誌。