牛頓打棒球

文/簡麗賢 |2026.03.19
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圖/米各

文/簡麗賢

第六屆世界棒球經典賽於三月開打,棒球熱潮再度升溫,點燃球迷的熱情,中華隊與日本、韓國、澳洲與捷克隊同組競爭,爭取進入在美國邁阿密舉行的八強賽。賽前新聞媒體分析各隊戰力,比較美國與日本獨占鰲頭的實力,介紹各隊選手,解析戰術運作,引導讀者從「看球」進階到「看懂球」,理解棒球比賽的魅力。

全球觀看運動比賽的人口數前兩名是足球與棒球。棒球運動最讓人血脈賁張的畫面,除了野手球員的守備美技外,目光聚焦在投手與打擊者之間的對決。為了應付打擊者,投手會投出不同軌跡的球種,打擊者也會猜測投手的球路,交織棒球動力學與球員心理學。

牛頓定律 反彈受力



如牛頓站上打擊區與投手對陣是棒球賽精采的畫面。究竟是揮棒落空?還是白球劃過天際,拋物線跨過全壘打線?球與棒碰撞瞬間,令人屏息以待。牛頓熟悉棒球瞬間的動量變化程度決定棒球受到的作用力,作用力愈大,球瞬間的加速度愈大,決定球的飛行初速度,影響飛行的距離。

牛頓深諳要讓棒球飛得更遠,除了初速要快外,球被擊出的瞬間,仰角最好在45度左右,才能跨進全壘打區。此外,牛頓打擊時善用球棒最適合擊中球的「甜蜜點」,提升擊球命中率,轟出全壘打。

甜蜜點是指球棒最適合擊中球的位置,碰撞的「恢復係數」最大,碰撞效果最好,球被擊中後能獲得最佳的飛行速度,此位置一般在棒頭下方約10公分處,會因球棒材質與形狀而略有差異。打擊者揮棒時,若球棒某個區域剛好打中球心時,感覺手的振動很小,球快速飛出,此區域即為甜蜜點。

以能量觀點解讀甜蜜點,可以把投手投球的能量加上打擊者揮棒的能量當成系統的總能量,當恢復係數愈高,代表打擊過程轉換成熱能的比率愈低;打中甜蜜點,球棒不振動,消耗在球棒及人體的能量就較少,傳給球的動能就愈多,可使球飛得高又遠。

站上投手丘的牛頓,職責是將球投到好球帶,並且投出讓打擊者頭痛的不同球路,包含曲球、滑球、伸卡球、指叉球等球種。

投旋轉球 改變氣流



一顆有縫線的棒球,經過投手的手指控制與手臂揮動後,加上身體姿勢的延展,投出的球在地球重力與空氣流動作用後,產生不同球路。棒球在飛行過程,除了受到重力與空氣阻力作用外,還能改變棒球的路徑,與氣體壓力變化及流體力學有關,包含白努利定律與馬格納斯效應有關。

白努利定律說明空氣在同一平面流動時,流速較大的地方,壓力較小;流速慢的地方,壓力反而大。當球在空氣中因交互作用造成接觸面的壓力差時,會產生向某一方向的合力,使球往合力方向加速移動。

物理學家指出棒球飛行時會改變空氣的流動,使空氣對球體施力,促使球體側移、上升或下墜。投手投出的旋轉球,在空氣中邊旋轉邊移動的飛行過程,周圍空氣流動方向與棒球行進方向相反,依據邊界層理論,當棒球逆風而行,空氣會沿著棒球表面流動,並從球的表面剝離。當棒球旋轉時,球體表面周圍的空氣受到球旋轉與移動的作用,改變流動方向,此瞬間棒球同時受到空氣的反作用力,也就是球體旋轉改變周圍的氣流,氣流施予棒球反作用力,這是馬格納斯效應,是德國物理學家馬格納斯提出的研究結果。

棒球與空氣交互作用,形成作用力與反作用力,造成棒球運動軌跡變化。優質的投手能運用球的旋轉產生馬格納斯效應,改變球受到作用力方向和量值,製造往不同方向偏移的變化球。

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