专利名称：一种测量乒乓球转动惯量的工具及方法
技术领域：
本发明涉及一种转动惯量测量工具及方法，具体涉及一种扭转力矩法测量乒乓球转动惯量的工具及方法。
背景技术：
乒乓球的旋转，在现代乒乓球技术中越来越引起人们的重视，而球体转动的快慢， 主要取决于角加速度。由转动定律可知当用同一力矩作用于转动惯量不同的物体上时，转动惯量小的物体产生的角加速度大，而转动惯量大的物体产生的角加速度则小。所以研究乒乓球转动惯量有助于更好地提高发球旋转地变化。但到目前为止，对乒乓球这类球壳型
物体的转动惯量的测量，一般采用公式A =进行研究的，但由于在利用此方法时
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需测量乒乓球质量以及内外半径，于是就存在多次测量误差，从而使测量的精度会大大打折扣。而且由于乒乓球质量不均以及圆度不够等都存在较大的随机性，尤其对内径的测量更复杂和困难，一般采用间接测量法，如通过往乒乓球内注水，测量水的质量，从而算出内径。
发明内容
本发明针对这一问题，提出一种新的扭转力矩测量乒乓球转动惯量方法，本发明提供的方法，能够提高测量精度和方便性。为此，本发明采用如下的技术方案一种测量乒乓球转动惯量的工具，包括底座E，安装在底座上的竖直杆D，固定在竖直杆顶部的横杆C，及一端固定在横杆上的钢琴丝B，钢琴丝另一端能悬挂标准圆盘或待测乒乓球。作为优选，钢琴丝直径为0. 15mm。由于直径为0. 15mm钢琴丝具有良好的可恢复性，所以选定其作为测定材料。—种测量乒乓球转动惯量的方法，包括下列步骤第一步将质量为M,半径为R的标准圆盘悬于钢琴丝下扭转一定角度；第二步放开圆盘使钢琴丝自由转动，记录转动的圈数η和时间t，并计算此时圆盘转动周期Ttl = t/n,利用公式Itl = 1/2MR2得到标准圆盘M的转动惯量Itl ；第三步取下标准圆盘，将待测乒乓球悬于钢琴丝下扭转一定角度；第四步放开乒乓球使钢琴丝自由转动，记录转动的圈数ns和时间ts，并计算此时圆盘转动周期Ts = ts/ns ；第五步利用扭转常数与转动周期方程K = T2I/(4 π 2)，推导出乒乓球的转动惯量公式Is = A2I0,其中A = TcZTs，求出乒乓球转动惯量。本发明从受力分析入手，在不做任何近似的条件下，根据扭转常数与转动周期之间的关系，通过只测量转动周期，从而间接测量转动惯量，更加方便准确。
图1钢琴丝扭动测量乒乓球示意图。具体实施方法下面通过附图和具体实施对发明内容进一步详述。钢琴丝扭动测量乒乓球示意图如图1所示，E为测量装置的底座，D为一竖直杆，C 为横杆，A处悬挂待测物，B为直径0. 15mm的钢琴丝。设测量采用的标准圆盘质量为M，半径为R，其转动惯量为Itl，待测乒乓球转动惯量为Is。测量步骤如下1、根据测量装置将标准圆盘悬于A处，并使其扭转一定角度，使钢琴丝自由转动， 记录转动的圈数η及时间t，得到转动周期Ttl = t/n ；2、利用公式Itl = 1/2MR2，得到标准圆盘转动惯量Itl ；3、将待测乒乓球悬于A处，并使其扭转一定角度，使钢琴丝作自由转动，记录转动的圈数ns及时间ts，测出此时转动周期Ts ；4、利用公式K = T2I/(4 π 2)，得到Is = A2Itl,其中A = T0/Ts,并利用此公式计算出
Iso测得的一组实验数据为R = (2. 552士0. 002) cm,M = (5. 521 士0. 002) g，根据公式 I0 = 1/2MR2 = (17. 971 士0. 001) g · cm2。1、当A处悬挂标准圆盘，钢琴丝做自由转动时，测得转动的圈数η = 7及时间t = 11. 44s，得到转动周期Ttl = t/n = 1. 63s/圈2、当A处悬挂待测乒乓球，钢琴丝做自由转动时，测得转动的圈数ns = 15及时间 ts = 42. 13s，得到转动周期 Ts = ts/ns = 2. 81s/ 圈3、利用公式 A = T0/Ts 得到 A = 0. 584、利用公式 Is = A2Itl 得至IJ Is = (6. 045士0. 002) g · cm2。
根据球壳转动惯量公式
权利要求
1.一种测量乒乓球转动惯量的工具，包括底座E，安装在底座上的竖直杆D，固定在竖直杆顶部的横杆C，及一端固定在横杆上的钢琴丝B，钢琴丝另一端能悬挂标准圆盘或待测乒乓球。
2.一种测量乒乓球转动惯量的工具，其特征在于钢琴丝的直径为0. 15mm。
3.一种测量乒乓球转动惯量的方法，包括下列步骤第一步将质量为M，半径为R的标准圆盘悬于钢琴丝下扭转一定角度； 第二步放开圆盘使钢琴丝自由转动，记录转动的圈数η和时间t，并计算此时圆盘转动周期T0 = t/n,利用公式I0 = 1/2MR2得到标准圆盘M的转动惯量I0 ； 第三步取下标准圆盘，将待测乒乓球悬于钢琴丝下扭转一定角度； 第四步放开乒乓球使钢琴丝自由转动，记录转动的圈数ns和时间ts，并计算此时圆盘转动周期Ts = ts/ns ；第五步利用扭转常数与转动周期方程K = T2I/(4 π 2)，推导出乒乓球的转动惯量公式 Is = A2I0,其中A = TcZTs，求出乒乓球转动惯量。
全文摘要
本发明涉及一种测量乒乓球转动惯量方法。包括下列步骤将直径为0.15mm的钢琴丝B悬于横杆C；然后将质量为M，半径为R的圆盘悬于钢琴丝B下，记录其转动的圈数n和时间t，并计算此时圆盘转动周期T0＝t/n，利用公式I0＝1/2MR2得到圆盘M的转动惯量I0；将待测乒乓球悬于钢琴丝B下，同理测得其转动周期TS；再根据扭转常数与转动周期方程K＝T2I/(4π2)，求出钢琴丝乒乓球的转动惯量IS＝A2I0，其中A＝T0/TS。本发明还提供了一种测量乒乓球转动惯量的工具。本发明突破了原有计算公式的局限，而且创造性地提出仅测量转动的周期，这让测量乒乓球转动惯量更有章可循，更方便，更具可操作性。
文档编号G01M1/10GK102494844SQ201110362639
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者何祖明, 曹先胜 申请人:常州大学