科學人剪影

伸卡球魔力何來?—變化球密技大解析

撰文/李名揚

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伸卡球魔力何來?—變化球密技大解析

撰文/李名揚

絕大部份的人扮演投手投出一顆棒球時,都是從上往下揮臂投出,所以這顆棒球的後面(靠投手的一面),會很自然地被投手的手指帶動而往下旋轉,於是這顆球就以「後面向下、下面向前、前面向上、上面向後」的方向旋轉,朝本壘板上空的好球帶飛去。


專長流體力學的成功大學系統及船舶機電工程系副教授陳政宏表示,投手要投變化球,就要在出手時,用手指或手腕的力量,改變棒球的旋轉方向,藉著自然界的「白努利定律」,也就是「速度較快的氣流,壓力較小」,使球轉彎。


白努利定律

捷運和火車月台,都會在地上畫一條黃線,媽媽總告誡小孩子,車子進站時,不要太靠近鐵軌,原因就是當捷運或火車在我們面前經過時,車廂和我們之間的氣流速度很快,壓力降低,而我們身後離車廂較遠的地方,壓力不變;相較之下身後壓力較大,就會把我們往車廂推動,尤其小孩子體重輕、力氣小,很容易發生危險。


飛機起飛也是根據白努利定律,機翼的形狀是下面平直、上面彎曲成流線形,當氣流流過機翼上下兩側時,會同時到達機翼後方,結果機翼上面的氣流因為跑的距離比較遠,速度必須比較快,壓力就降低;相較之下機翼下面的壓力較大,就把飛機向上舉起,飛機就起飛了。


當一顆球邊轉動邊前進時,轉動兩側的氣流速度會不一樣,一般人投的「後面向下、下面向前、前面向上、上面向後」旋轉的棒球,由於氣流方向跟球前進方向相反,會由前往後,結果經過棒球下側的氣流,會被「向前」的旋轉減慢速度,而上側的氣流則會加速;於是這顆棒球的上側壓力變小,下側壓力變大,若不考慮重力的影響,球會稍往上飄。


常見受到白努利效應影響而改變方向的球種有快速直球、伸卡球、滑球、卡特球和曲球。另外變速球是因為和快速直球有明顯速差而發揮威力,指叉球是減少旋轉使風阻增加,讓球「煞車」,重力就會使球下墜。



快速直球


快速直球分為「四縫線」和「二縫線」兩種,都是用食、中兩指,在出手同時用力往下扣,加強球的「後面向下……」旋轉,產生上飄效果。


棒球表面平滑,所以球面上凹凸不平的縫線,是球體穿過空氣時最主要的摩擦力來源;所謂四縫線直球,就是球每轉一圈,氣流會經過四道縫線,二縫線直球則只經過兩道縫線。


變速球


好的變速球,最大特徵是出手時揮臂速度和姿勢都和快速直球很像,但是球速卻沒那麼快,讓打者揮棒過早而措手不及。


指叉球


指叉球是把球夾在食、中兩指之間,投出時只有這兩指的內側貼住球皮,所以帶動的旋轉較少,不到快速直球的一半,旋轉方向則和快速直球相同。這種旋轉較少的球,前進時遇到的風阻會增加,就像煞車一樣,使球速在行進過程中減慢較多,這樣重力效應就會在球路末段、也就是球靠近本壘時,顯得相對較強,使球看起來像是突然下墜。


伸卡球


快速直球的食、中兩指是在球的後面由上往下扣,伸卡球則是在扣的時候,增加往左邊扣的力量,使扣的方向變成由右上往左下扣,增加球的側旋,旋轉方向是「左邊向前、前面向右、右邊向後、後面向左」(從高空鳥瞰是順時針旋轉),根據白努利定律,這種球會向右打者的內角偏轉。


伸卡球以側旋為主,造成球上飄的旋轉相對減少,這種「不太會上飄」但「速度接近快速直球」的球,在準備打快速上飄球的打擊者眼中,就變成下墜,這也是「伸卡」(sinker,下沉的意思)一詞的由來。


滑球、卡特球和曲球


滑球和卡特球是用手指造成球的旋轉,滑球的手指從球的右前方下扣,使球除側旋外,還會稍微下墜(因為和快速直球旋轉方向相反),所以看起來就像完全相反的伸卡球;卡特球(cut)是英文音譯,意譯的話應該叫切球,因為出手時就像用手指切過球的右側表面,使球只有側旋,因此球看起來會像是水平而不墜落的進壘,球速比滑球快,但轉彎幅度較小。


曲球和滑球旋轉方向相同,都是向右打者外角墜落,但曲球是扭動手腕造成棒球旋轉,因此使球前進的力量減弱,球速較慢,但旋轉增強,變化幅度較大。


不旋轉的蝴蝶球


蝴蝶球會亂飄的原因不是白努利定律,而是「邊界層剝離」。當一顆球在大氣中快速前進時,在球的表面會有一些空氣跟著球一起移動,形成一層很薄的空氣層,就是「邊界層」。若是一顆表面均勻、沒有縫線的球,邊界層會從球的最前面開始形成,到後面逐漸「剝離」,就是脫離球的表面,回到大氣中;邊界層剝離處的壓力,比邊界層存在處的壓力小。


但是棒球表面有粗糙的縫線,邊界層一碰到縫線就會馬上剝離。蝴蝶球幾乎不旋轉,在前進過程中,邊界層會在不同位置的縫線處,交替剝離,這一瞬間若在左邊剝離,就會使左邊壓力減小,右邊壓力相對較大,使球往左偏;但下一刻,可能變成右邊剝離,球又會往右偏,結果就使球左右亂飄。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2007年第67期9月號】



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