專利名稱：一種測量乒乓球轉動慣量的工具及方法
技術領域：
本發明涉及一種轉動慣量測量工具及方法，具體涉及一種扭轉力矩法測量乒乓球轉動慣量的工具及方法。
背景技術：
乒乓球的旋轉，在現代乒乓球技術中越來越引起人們的重視，而球體轉動的快慢， 主要取決于角加速度。由轉動定律可知當用同一力矩作用于轉動慣量不同的物體上時，轉動慣量小的物體產生的角加速度大，而轉動慣量大的物體產生的角加速度則小。所以研究乒乓球轉動慣量有助于更好地提高發球旋轉地變化。但到目前為止，對乒乓球這類球殼型
物體的轉動慣量的測量，一般采用公式A =進行研究的，但由于在利用此方法時
5 rE -r,
需測量乒乓球質量以及內外半徑，于是就存在多次測量誤差，從而使測量的精度會大大打折扣。而且由于乒乓球質量不均以及圓度不夠等都存在較大的隨機性，尤其對內徑的測量更復雜和困難，一般采用間接測量法，如通過往乒乓球內注水，測量水的質量，從而算出內徑。

發明內容
本發明針對這一問題，提出一種新的扭轉力矩測量乒乓球轉動慣量方法，本發明提供的方法，能夠提高測量精度和方便性。為此，本發明采用如下的技術方案一種測量乒乓球轉動慣量的工具，包括底座E，安裝在底座上的豎直桿D，固定在豎直桿頂部的橫桿C，及一端固定在橫桿上的鋼琴絲B，鋼琴絲另一端能懸掛標準圓盤或待測乒乓球。作為優選，鋼琴絲直徑為0. 15mm。由于直徑為0. 15mm鋼琴絲具有良好的可恢復性，所以選定其作為測定材料。—種測量乒乓球轉動慣量的方法，包括下列步驟第一步將質量為M,半徑為R的標準圓盤懸于鋼琴絲下扭轉一定角度；第二步放開圓盤使鋼琴絲自由轉動，記錄轉動的圈數η和時間t，并計算此時圓盤轉動周期Ttl = t/n,利用公式Itl = 1/2MR2得到標準圓盤M的轉動慣量Itl ；第三步取下標準圓盤，將待測乒乓球懸于鋼琴絲下扭轉一定角度；第四步放開乒乓球使鋼琴絲自由轉動，記錄轉動的圈數ns和時間ts，并計算此時圓盤轉動周期Ts = ts/ns ；第五步利用扭轉常數與轉動周期方程K = T2I/(4 π 2)，推導出乒乓球的轉動慣量公式Is = A2I0,其中A = TcZTs，求出乒乓球轉動慣量。本發明從受力分析入手，在不做任何近似的條件下，根據扭轉常數與轉動周期之間的關系，通過只測量轉動周期，從而間接測量轉動慣量，更加方便準確。


圖1鋼琴絲扭動測量乒乓球示意圖。具體實施方法下面通過附圖和具體實施對發明內容進一步詳述。鋼琴絲扭動測量乒乓球示意圖如圖1所示，E為測量裝置的底座，D為一豎直桿，C 為橫桿，A處懸掛待測物，B為直徑0. 15mm的鋼琴絲。設測量采用的標準圓盤質量為M，半徑為R，其轉動慣量為Itl，待測乒乓球轉動慣量為Is。測量步驟如下1、根據測量裝置將標準圓盤懸于A處，并使其扭轉一定角度，使鋼琴絲自由轉動， 記錄轉動的圈數η及時間t，得到轉動周期Ttl = t/n ；2、利用公式Itl = 1/2MR2，得到標準圓盤轉動慣量Itl ；3、將待測乒乓球懸于A處，并使其扭轉一定角度，使鋼琴絲作自由轉動，記錄轉動的圈數ns及時間ts，測出此時轉動周期Ts ；4、利用公式K = T2I/(4 π 2)，得到Is = A2Itl,其中A = T0/Ts,并利用此公式計算出
Iso測得的一組實驗數據為R = (2. 552士0. 002) cm,M = (5. 521 士0. 002) g，根據公式 I0 = 1/2MR2 = (17. 971 士0. 001) g · cm2。1、當A處懸掛標準圓盤，鋼琴絲做自由轉動時，測得轉動的圈數η = 7及時間t = 11. 44s，得到轉動周期Ttl = t/n = 1. 63s/圈2、當A處懸掛待測乒乓球，鋼琴絲做自由轉動時，測得轉動的圈數ns = 15及時間 ts = 42. 13s，得到轉動周期 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。

根據球殼轉動慣量公式
權利要求
1.一種測量乒乓球轉動慣量的工具，包括底座E，安裝在底座上的豎直桿D，固定在豎直桿頂部的橫桿C，及一端固定在橫桿上的鋼琴絲B，鋼琴絲另一端能懸掛標準圓盤或待測乒乓球。
2.一種測量乒乓球轉動慣量的工具，其特征在于鋼琴絲的直徑為0. 15mm。
3.一種測量乒乓球轉動慣量的方法，包括下列步驟第一步將質量為M，半徑為R的標準圓盤懸于鋼琴絲下扭轉一定角度； 第二步放開圓盤使鋼琴絲自由轉動，記錄轉動的圈數η和時間t，并計算此時圓盤轉動周期T0 = t/n,利用公式I0 = 1/2MR2得到標準圓盤M的轉動慣量I0 ； 第三步取下標準圓盤，將待測乒乓球懸于鋼琴絲下扭轉一定角度； 第四步放開乒乓球使鋼琴絲自由轉動，記錄轉動的圈數ns和時間ts，并計算此時圓盤轉動周期Ts = ts/ns ；第五步利用扭轉常數與轉動周期方程K = T2I/(4 π 2)，推導出乒乓球的轉動慣量公式 Is = A2I0,其中A = TcZTs，求出乒乓球轉動慣量。
全文摘要
本發明涉及一種測量乒乓球轉動慣量方法。包括下列步驟將直徑為0.15mm的鋼琴絲B懸于橫桿C；然后將質量為M，半徑為R的圓盤懸于鋼琴絲B下，記錄其轉動的圈數n和時間t，并計算此時圓盤轉動周期T0＝t/n，利用公式I0＝1/2MR2得到圓盤M的轉動慣量I0；將待測乒乓球懸于鋼琴絲B下，同理測得其轉動周期TS；再根據扭轉常數與轉動周期方程K＝T2I/(4π2)，求出鋼琴絲乒乓球的轉動慣量IS＝A2I0，其中A＝T0/TS。本發明還提供了一種測量乒乓球轉動慣量的工具。本發明突破了原有計算公式的局限，而且創造性地提出僅測量轉動的周期，這讓測量乒乓球轉動慣量更有章可循，更方便，更具可操作性。
文檔編號G01M1/10GK102494844SQ201110362639
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者何祖明, 曹先勝 申請人:常州大學