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棒球專題(一):華麗的變化球怎麼投?棒球空氣動力學

102/05/29 瀏覽次數 31627
棒球在各種運動競賽中,一直是相當受到注目,同時營造出巨額商機的運動。棒球運動中最讓人情緒高昂的部分,除了球員的美技外,絕大部分的目光都聚集在投手與打者間的對決。為了解決打者,投手會投出各種不同行進軌跡的變化球來取得優勢,這也成為棒球空氣動力學興起的淵源。
 
棒球的空氣動力學需要考慮另一項重要的關鍵,就是球體上的縫線,球體上的縫線會影響球體的軌跡的改變。(圖 / Flickr,adwriter)棒球的空氣動力學需要考慮另一項重要的關鍵,就是球體上的縫線,球體上的縫線會影響球體的軌跡的改變。(圖 / Flickr,adwriter)
 
在討論與棒球有關的空氣動力學理論時,一定都會談論到下列兩個理論:白努利理論(Bernoulli's principle)與邊界層理論(Boundary Layer theory)。而本文將著重在介紹邊界層理論的內容與應用。
 
棒球空氣動力學:邊界層理論
 
 邊界層理論的內容是探討當流體流經物體時,會因為表面摩擦力而造成速度的下降,較原速度下降的範圍,稱為「邊界層」。而依照邊界層理論,當氣流壓力變大,會因為壓力之落差而產生逆流。當逆流足以將氣流推離邊界層時,便稱為「邊界層分離」。邊界層分離會產生不穩定的氣流,稱為「尾流」。棒球的空氣動力學需要考慮另一項重要的關鍵,就是球體上的縫線,因此衍生出大家熟知的2縫線與4縫線球。球體上的縫線會導致邊界層分離點的前移或後退,影響球體所受的升降力、側向力與阻力,球體的軌跡也因此改變。

在球體的行進過程中,除了重力外,也會受到阻力與馬格納斯力(Magnus force)的影響。阻力是指與球體行進軌跡相反方向的作用力,馬格納斯力則是球體旋轉時,邊界層分離造成尾流方向改變,球體所受到的橫向作用力,造成球體之飄移。利用空氣動力學的知識,投手可以藉由不同的握球方向、旋轉方式與施力方向,來投出各種不同的球路。
 
根據以上所述,我們大致可以在棒球比賽中看到以下幾種變化球:

  1. 4縫線快速球:將食指和中指放在縫線上,拇指放在正下方,投出時手指向下扣,使球產生向內的旋轉。球在作用力合成下,會產生向右下角的位移。美國棒球三振紀錄保持人諾蘭.萊恩(Nolan Ryan)、芝加哥小熊隊的投手麥可.鮑登(Michael Bowden)和臺灣棒球好手王建民都相當擅長此種球路。
    4縫快速球握法。4縫快速球握法。
  2. 卡特球:食指與中指握在縫線最窄的地方,手指偏離中心部位,投出球路偏斜的快速球。在作用力影響下,球會向左下角飄移。使用此種球路的球員有洋基隊的守護神李維拉(Mariano Rivera)、安迪.派提特(Andy Pettitte)、達比修有和中職的潘威倫。
    卡特球握法。卡特球握法。
  3. 伸卡球:指法類似2縫線快速球,食指和中指放在縫線最窄的地方,食指發出較多的力,產生更大幅度的側移與下沉。這就是王建民最有名的球路,此外,曾在美聯和國聯皆獲得賽揚獎殊榮的哈勒戴(Roy Halladay)也相當擅於此球路。 
    伸卡球握法。伸卡球握法。
  4. 滑球:食指與中指放在球的外側,手掌稍微轉向側面,放球時手指向下扣。產生向外側急速下墜的位移。著名的滑球投手有三振率紀錄保持人蘭迪.強森(Randy Johnson)、2012年進軍美國職棒的臺灣投手陳偉殷和中華職棒的陽建福。

  5. 曲球:手掌完全轉向側面,投球時手指向前轉動。曲球是所有變化球的始祖,通常也是投手首先學習的變化球。2007年的美聯勝投王貝基特(Josh Backett)、早期中職的投手黃平洋、謝長亨等,都是以此種球路克敵制勝。
    滑球與曲球握法差不多,差在出手的施力方式。滑球與曲球握法差不多,差在出手的施力方式。
  6. 指叉球:將食指和中指叉開,夾住球的兩側,拇指握住球的下方,降低球的轉速,帶來較大幅度的下沉。日本人將這種球稱為「20世紀最後的魔球」。此球路最具代表的人物是以龍捲風式投法享譽棒球界的野茂英雄,此外2012年再度復出的克萊門斯(Roger Clemens)、旅日選手郭李建夫、郭源治等,也都是此球路的佼佼者。
    指叉球握法。指叉球握法。
  7. 變速球:食指與拇指指間接觸成圓形,再用剩下的3指握住球,投出快速球的球路。但是由於球的轉速降低,而出現指叉球的效果。有名的投手有旅美的日籍投手井川慶和張誌家。
    變速球握法。變速球握法。


責任編輯:高涌泉|國立台灣大學物理學系
                 王名儒|國立台灣大學物理學系

資料來源
  • 國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」
  • 原標題:棒球專題(一):變化球是怎麼投出來的?
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