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。
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：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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
