摘要：每当小朋友们犯错误的时候，作为80后的家长们肯定存在这样的一种情绪：舍不得打，却又不得不打。当戒尺落下的时候，如果轻了，久而久之起不到任何效果；如果重了，也会让小朋友产生心理阴影，甚至还要物理和心理的治疗。因此，惩戒力的控制就显得非常总要。本文通过制作的简易低成本惩戒工具，分析打击力度，最后给出建议的依靠戒尺的挥动速度，以实现最佳的惩戒效果。
关键词：惩戒、80后、小盆友、力度控制、力学、物理

1、引言

古语云棍棒底下出孝子，可见揍娃文化是我们的传统美德，我们80后就是在着父母的棍棒底下长大的。家庭教育的重要性不言而喻，所谓教育，自然也包含惩戒。不然，一味的奖励性教育，无法培养出性格正常的下一代。然而，随着社会的进步，家长们对于体罚式的惩戒越来越不接受，甚至连罚站、罚抄都不被接受，这必然让老师和家长失去了威严性，教育的效果也大打折扣。惩戒教育的缺失，最终会让社会替你教育你的下一代。因此，惩戒教育必不可少。

然而，社会毕竟在进步，以前的那种野蛮式的惩戒教育必然行不通。作为家长，也必定不忍心下恨手。于是就会出现这样一个困境：当小盆友犯了错误需要惩罚的时候，打的太轻肯定会失去了惩戒的威慑性，而打的太重会影响小盆友一生的心理健康。想要做到惩戒有度，仅仅依靠戒尺和个人感觉，很难实现，也不利于对小朋友立下规矩。本文就讨论如何利用戒尺，寻找合适的打击力度，实现惩戒有度，达到最佳的惩戒效果。

惩戒有度

2、低成本好精度的惩戒工具

那种精度较好的打击工具，市面上不少，特别是在机械领域内。但是把机械领域内的打击工具，用来惩戒小盆友，似乎有点大材小用了。另外，这种设备（工具）成本也很高，最简易的情况，至少包含一个电机、减速箱、连杆等等机构，想要自己制作没有几百的钱是完不成的。所以，我因地制宜利用戒尺制作了一款低成本但是有较高精度的惩戒工具，如下图。

低成本但是有较高精度的惩戒工具

原理非常简单，将戒尺一端通过螺栓固定在一物体上，另一端自由，作为打击部位。手动抬高戒尺右端，释放后戒尺向下运动，从而实现打击惩戒的目的。配合墙上的身高表（下图），通过右端戒尺的高度，可以准确实现惩戒力度，完全克服了手动惩戒无法确定打击力度的弊端。

身高表

3、打击力的计算

力学模型较为简单，就一悬臂梁。在右端作用一外力，慢慢往上抬起，外力从零开始线性增加，抬到指定高度h后停止，如下图。根据材料力学的有关内容，高度（挠度）h跟外力F的关系如下图。其中，E为弹性模量，I为惯性矩，与横截面尺寸b、t有关。外力F做功，全部存储到戒尺内部，作为其弹性势能，大小为Fh/2。

悬臂梁模型

由于h才是测量值，我们把弹性势能写成h的表达式，如下图。这部分弹性势能通过释放后转化为动能，最后都会全部作用于小盆友手上。

弹性势能

简单起见，我们假设释放后是戒尺是匀速旋转，那么根据能量守恒，得到角速度和速度分别为：

角速度和速度表达式

通过上式得到了打击的速度与高度的关系，显然抬得越高，打击的速度也就越快，疼痛感也就越强。带入数据后，得v=264.2h。

接下来，我们需要确定打击速度与应力的关系。通过查阅资料，并没有发现人手上的肉的极限应力。但是，小腿肌腱拉伸的极限应力在100MPa左右，我们就以这个数据作为判断依据。极限应力是破坏时的应力，打小孩肯定不可以真的打的皮开肉绽，所以引入安全系数2，所以实际能承受的应力约50MPa。此外，肉的弹性模量约10MPa，泊松比取0.2，密度975kg/m3。

为了确定小手能承受的戒尺打击时的速度，我们利用有限元软件进行了简单的模拟。戒尺与手的接触面积约3cm*6cm。戒尺密度1490kg/m3，弹性模量20000MPa，泊松比取0.2。由于戒尺模型建的较小，所以为了保证质量，密度按体积积算增加了。

模型简化图

由于手的模型太难建了，所以我用矩形代替。模型简化图如上。戒尺向下运动，且只能向下运动，手的底面固定。实际打击过程中，人体自发会有应激反应，底面固定作为近似。当然，结果值肯定偏大。边界条件如下图。

边界条件

经过反复多次的试算，取速度26m/s的时候，手部的应力可达50MPa多，已经超过了允许的应力，如下图所示。当然，网格质量不太好，都已经严重畸变了。

26m/s的打击速度下的应力云图

根据速度与高度的公式，26m/s对应的高度约为10cm，下面我来验证下这个结论。不舍得用娃来实验，只能我亲自上阵了。手放在戒尺水平位置（60的位置），抬高戒尺到70，释放后能明显感觉到疼痛，作为皮糙肉厚的大人，还是可以忍的，小孩可能会哭。当抬高到72的时候，已经非常非常的疼了。这个实验结果，跟仿真的结果较为接近。

实验验证

4、总结

通过本文发明的低成本且具备较好精度的惩戒工具，再也不怕无法合理惩戒小盆友了。实验和仿真结果都表明，尺长410mm的情况下，抬高10cm可以产生较为疼痛的感觉。对于大人，12cm就已经可以产生非常疼痛的感觉了。对于4岁左右的小盆友，建议高度为5-8cm。这样既能产生足够的痛感，又不至于会打坏小盆友。