科學視界
王牌投手的祕技 馬格納斯力

第六屆世界棒球經典賽近日開打,再度燃起國人棒球魂。賽場上,球評和記者特別關注投手的球速、控球精準度和球種變化,這是立足投手丘的必要三條件。
去年世界大賽冠軍戰獲得最有價值球員的日籍球星山本由伸,投球姿勢幾乎不變,卻可投出六種不同的球種且準度佳,讓打擊者難以捉摸,堪稱「投手教科書」。
談流體力學作用
棒球表面有縫線,經由投手的手指控制和手臂揮動,加上身體姿勢的延展,投出的球受地球重力和空氣阻力作用後,能產生不同球路,這與氣體壓力變化和流體力學有關。
我們先認識物理界的大師——白努利。他發現一個神奇的規律:「流體(如空氣或水)流動得越快,壓力就越小;流動得越慢,壓力就越大。」
當飛行體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」,使飛行體往合力方向加速移動。
接著介紹「邊界層理論」。想像你騎單車時,風在臉上輕撫的感覺,但對時速一百公里的棒球來說,空氣則是一層厚厚的「阻力」。

邊界層的摩擦力
當球高速飛行,緊貼球表面的一層薄薄空氣叫做「邊界層」。這層空氣在球表面滑行,但因為球有縫線,會產生摩擦力讓空氣減速。
空氣流不動,被後面的壓力推擠開時,會從球表面「剝離」,並在球後方留下不穩定的氣流,稱為「尾流」。就像快艇駛過水面留下的混亂水花,尾流也會影響球飛行的穩定度。
不過,讓球轉彎的主要關鍵是「馬格納斯效應」。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。投手投出的球,因受旋轉時產生的「馬格納斯效應」影響,於是改變運動軌跡。
因棒球旋轉造成周圍空氣改變流動方向。棒球與空氣交互作用,形成作用力與反作用力,而空氣流動時施予棒球的反作用力,即是「馬格納斯力」。這是德國科學家馬格納斯在一八五二年提出的研究。
簡單說,只要物體「邊飛邊轉」,空氣壓力差產生的「推力」就是馬格納斯力。厲害的棒球投手能運用球的旋轉產生馬格納斯效應,製造往不同方向彎曲側移的變化球。
說明:棒球旋轉造成馬格納斯效應,形成變化球。
空氣化身成助手
下回看棒球賽時,如果看到球在飛行過程中下墜或橫移,讓打擊者難以判斷,這不只是投手肌肉的力量,更是與物理概念「流體力學」的巧妙搭配。
投手利用球的旋轉,在空氣中製造壓力差,讓空氣當助手,把球帶往意想不到的地方。掌握了這項技巧,你也有機會成為棒球明星!