【運動體育】變化球的原理

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發表於 04-11-21 22:22:56 |只看該作者 |降序瀏覽大字中字小字正體化简体化

【專題報導】看我的變化球－白努力定律 By李卓翰老師

球是一項在室外場地使用一根球棒和球進行的球類運動。這既可做業餘競賽也可視為是職業運動，比賽的目標是贏得比對方更多的分數。然而，讓人搞不懂的是，明明是一隊九人的比賽，但80%的觀眾目光焦點都只集中在投手一人身上，更令人好奇的是，為何他總能投出有如自動導航的魔球，而你只能投出讓其他人頻頻擊出全壘打的慢速直球和其他人不屑打的暴投。

自從人類懂得拿東西開始亂砸以來，就對東西為何能在被丟出去的過程中左右彎曲感到好奇，直到棒球這個比賽被發明出來，更多人開始對這方面的現象進行科學的探究。漸漸的，無聊的觀察者發現只要某一物體（球），穿過一種流體（空氣）時，流體便會因穿過物體而影響該物體的運動情形，他們把這些現象紀錄下來，並利用想像找出一些定律來解釋這些現象，並將此學說集結稱之所謂的流體力學。1700年出生於荷蘭的一位年輕人開啟了這新領域的大門，這位年輕人叫做白努利，他提出了所謂的白努利方程式，為許多的流體力學現象提供了合理的解釋。

白努利方程式並非是新的定理，而是把能量守恆定律（動能＋位能＝定值）表述成適合流體力學應用的形式（壓力＋動能＋位能＝定值），得到

P＋1/2ρμ2＋mgh＝const

P：壓力　ρ：液體密度　μ：流速　m：物體質量　g：重力加速度　h：物體所在高度

若在同一平面上，位能mgh相等，則若液體流速減少時，壓力便會增加。因為壓力大小的不同，所以會產生作用力，發生許多現象。變化球的球路會彎曲簡單來說就是因為球在經過空氣時所遭受的作用力不均衡而造成的結果。

絕大多數的變化球要點在於讓球旋轉，如圖十二(↑)，左邊的球並未旋轉，因此，球上方與下方的流速相同，上下壓力自然相同；而右邊的球就不同了，當球逆時針旋轉時，球上方的空氣流速因旋轉而加快，壓力變小，球下方空氣流速變慢，壓力變大，上下壓力不均衡，壓力大的往壓力小的方向擠壓，故球會受到一向上的力，使之往上飄。

圖十三(↑)是三大最常見的變化球，從打擊者方向所看到球的旋轉方向，由此可知曲球會朝右打者的外角（若你是右撇子的打擊者，球朝你飛來，會飛遠離至你身體右方）方向大幅轉彎並且下墜；滑球一樣會朝外角大幅轉彎，但不會下墜；螺旋球的旋轉方向相反，會朝內角（若你是右撇子的打擊者，球朝你飛來，會飛向你身體，害你可能被球打到）方向大幅轉彎並且下墜。

除了這三大變化球，還有一種變化球，才真的是變化萬千，因為連投出它的人都不知道它會怎麼飛，那就是所謂的彈指球，又稱蝴蝶球，當它投出去後，會像蝴蝶一樣隨意飛舞。它的主要原理就是讓球不旋轉，你或許會覺得很奇怪，若不旋轉，不就沒有壓力差了嗎，那球怎麼會變化呢？

別忘了，我們所用的棒球並非是全然光滑對稱的圓球，其表面可能有些地方粗糙、有些地方光滑，更有兩條球的縫線，這兩條線也不會是全然對稱的，如此一來，球在飛行的過程，還是會有些地方流速快，一些地方流速慢，因此，球便不聽話的亂飛了！

變化球使棒球比賽增加不少可看性和不可預知性，然而要投出漂亮的變化球並不容易，因此伴隨而來的作弊球也不少，包括在球上塗口水、髮膠、凡士林、泥巴、瞬間膠……等，或是把球的某些部分磨出刮痕，這都是讓球本身的不對稱更嚴重，而使其在飛行中，自行產生不均衡的作用力，自然使球產生變化！不過，小心夜路走多了總會遇上鬼，裁判和對手可都不是外行人！

（以上圖片取自Robert K. Adair著的「牛頓打棒球」及FHM男人幫第29期）

悠悠哉哉。