變化球有奧祕

THE MERIT TIMES

文／簡麗賢 2024-01-16

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圖／樹下繪本

球旋轉造成馬格納斯效應的馬氏力F，形成變化球。圖／樹下繪本

圖／樹下繪本

文／簡麗賢

記得亞洲棒球錦標賽去年12月在台北大巨蛋舉行，球評和媒體記者特別關注投手的球速、控球精準度和「變化球」球種。投球基本要件除了精準度外，變化球的球種及球速，是立足投手丘相當重要的條件，尤其要在美國職棒大聯盟或國際賽受到總教練的賞識，靈活交替使用變化球是優質投手必要的養成歷程。

一顆球加上縫線及手指、手臂等身體姿勢的改變，投出去，竟能如此千變萬化，神奇吧！將球投出去後，除了受到重力和空氣阻力作用外，為何還能改變棒球的運動路徑？

球體旋轉空氣流動

以物理學的觀點，變化球與改變空氣的流動，使空氣對球體施力，促使球體側移、上升或下墜，物理學家指出，投手投出的球，主要受到旋轉時產生的「馬格納斯效應」（Magnus effect）或「馬氏力」（Magnus force）所影響，造成行進軌跡彎曲。

為何會產生馬格納斯效應？主要是球體旋轉造成周圍空氣改變流動方向造成；球與空氣互相作用，形成作用力與反作用力，而空氣流動時施予球體的反作用力，即是馬格納斯效應的馬氏力。此現象是德國科學家馬格納斯在1852年提出的研究結果。

球在空氣中一邊旋轉一邊移動的飛行過程中，以球飛行移動的角度而言，周圍的空氣流動方向，即氣流方向，與球行進方向相反，當球逆風而行，空氣會沿著球體表面流動，並從球的表面剝離，這是邊界層理論（Boundary Layer theory）。當空氣流經球體時，會因為表面摩擦力而造成速率減小，依照邊界層理論，當氣流壓力變大，會因為壓力差而產生逆向流動。當逆流足以將氣流推離邊界層時，會產生不穩定的氣流，稱為「尾流」。當球體旋轉方向與氣流一致的一側，氣流會受到球體旋轉的牽引，較不容易從球表面剝離。當氣流從球的表面剝離後，偏移至球的後方，會推擠球體後方的空氣向一側偏離。

當球體旋轉時，球體表面周圍的空氣受到球旋轉和移動的作用，改變流動方向，此瞬間，球體也同時受到空氣的反作用力，也就是說球體旋轉改變周圍的氣流，氣流施予球體的反作用力是球體承受的力，這是前面提到的馬格納斯效應的馬氏力。優質的棒球投手能運用球的旋轉產生馬格納斯效應，改變馬氏力的方向和大小，製造往不同方向彎曲側移的變化球。

瞬間下旋球帶尾勁

電視台轉播棒球比賽，常聽到主播和球評評論投手投出的球帶有尾勁。「有尾勁」的球是怎樣的球？這是一種快速直球，但打擊者會產生錯覺，以為球好像往上飄，形容這樣的球是帶有尾勁的球。投手教練描述產生有尾勁的球在於投手投出瞬間的「下旋」，球面的旋轉方向與球體前進方向相反，可以達到有尾勁的上飄效果。

球在空氣中飛行，主要受到地球引力和空氣阻力影響。當球未受到空氣作用力，很單純就是地球重力作用而向下拋物線墜落，若是下旋的直球，則會因旋轉而受到馬格納斯效應影響，向上的馬氏力與重力略成平衡，形成接近筆直的軌跡前進本壘板，也是另類的變化球。球的旋轉角速度值愈大，馬格納斯效應愈顯著，向上的馬氏力愈大，與重力平衡的效果愈好，球受到重力而下墜的幅度愈小，就能形成有尾勁的直球。能投出有尾勁的直球，投手投球時的下旋技巧要很好，包含球旋轉的速度量值要夠大，才能投出帶有尾勁的直球，造成打擊者錯覺，誤判而揮棒落空。

讀者或許會問棒球為何要有縫線呢？若是棒球上有縫線紋路，其不平滑的表面能拉住薄薄一層空氣跟著旋轉，使變化球效應更顯著。

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