王建民伸卡球的秘密

文/台中縣自然科輔團 林宣安

前言

說到棒球,應該可以算是台灣的「國球」吧!從紅葉少捧奪下世界冠軍到中華職棒的成立,再到王建民的揚威國際,棒球幾乎成為大家每天一定會提到的話題,尤其在王建民拿下美國大聯盟十九勝的勝投王之後,幾乎已經把台灣民眾對捧球的熱愛推向高峰,不管是公車上、電視上、報紙上、雜誌上充滿了王建民手持捧球的海報,這股熱潮自然也延燒到學校,許多國中學生下課瘋狂談論著什麼是「伸卡球」?如何投出「伸卡球」?為什麼「伸卡球」會如此厲害?也許我不是棒球好手,但或許可以把握機會藉此吸引學生學學物理!

讓我們就從科學的觀點來看看王建民的秘密如何?


伸卡球,或許應該叫它「沉球」更為合適,一般認為是由日本發展出來的一種下墜球,專門往右打者內角下沈,而且速度較慢的變化球,日本人稱為「シンカー」(羅馬拼音唸法為shinka,英文原文為Sinker,我們則音譯為伸卡球。


其實不管是哪一種變化球,主要就是投手利用球的旋轉讓球行進的軌道偏向,而非預期的直線前進,以致打者無法明確判斷球的走向。科學上說是簡單,但實際上只要投手在出手的前一刻手腕些許的變化,就會造成完全不同的球路,讓打者無法捉摸,我想這應該也是為什麼投手總是球隊中身價最高的球星之一的原因吧!


回到科學,為什麼球旋轉就會讓球產生偏向呢?簡單的來說,就是當球旋轉時,造成球各位置其鄰近的氣流方向與速率不同。根據白努力效應 (Bernoull's Effect),氣流的側向壓力與其流速有關,當流體速度不同就會產生壓力差(註一),進而迫使球偏向而非直進,最簡單的兩種形式應該就是上飄球與下墜球吧。


當球向左行進且以順時針方向旋轉時,會使球上方氣體流速較下方快,也就是說上方壓力較小,球便會向上偏,也就是上飄球,如圖一所示。相對若球向左行進且以逆時針方向旋轉時,會使球下方氣體流速較上方快,也就是說下方壓力較小,球便會向下偏,也就是下墜球,如圖二所示,我們也利用實驗來驗證看看如何!


所需器材

玩具塑膠球、氣球塑膠支架、空心紙筒(捲軸式年曆上下那兩根像是棍子的東西)、小馬達、0.2mm漆包線、2P三號電池盒、三段式開關(6P兩迥路)、粗鐵絲、木板、 350ml寶特瓶、小型抽風機(風扇)、塑膠罐(直徑大小約和抽風機相當)、止滑墊、金屬膠帶、熱熔槍、熱熔膠、銲槍、銲錫

 
製作方法

一、球的主體製作

  • 1.將玩具塑膠球鑽一小孔,使氣球的塑膠支架剛好可以穿入,並用熱熔膠固定。
  • 2.將空心紙筒裁成約氣球塑膠支架的長度(約再短 1 公分)
  • 3.利用金屬膠帶纏繞在馬達轉軸上增加厚度,使其剛好可以抽入氣球塑膠支架中。
  • 4.將步驟 1 做好的塑膠球放入空心紙筒中,另一端抽上小馬達,並以金屬膠帶將馬達固定在紙筒上。
  • 5.將粗鐵絲纏繞在紙筒上,不要太緊,使其可以自由活動,並在鐵絲兩端留下約 14公分的長度。
將玩具塑膠球固定在氣球的支架上 利用金屬膠帶增加轉軸厚度
將玩具塑膠球固定在氣球的支架上
利用金屬膠帶增加轉軸厚度
二、支架的製作
  1. 1.將兩個寶特瓶利用熱熔膠固定在木板上,距離約14公分。
  2. 2.在寶特瓶的瓶嘴處利用美下刀挖出兩個相對的溝槽,使紙筒上的鐵絲剛好可以放入並可靈活轉動。
  3. 3.在木板底部貼上一片止滑墊,以免裝置運作時因震動而使整個裝置移動。

三、電源的製作

  1. 1.將三段式開關如下圖所示,以銲槍把線材連接好。

1、6相接,3、4相接,2、5分別連接電池正負極,1、3分別接馬達。

  1. 2.將處理好的三段式開關黏貼在電池盒旁邊。
  2. 3.另外再利用0.2mm的漆包線(註二)連接在開關及小馬達上。
利用金屬膠帶固定馬達 在瓶口挖出溝槽 成品圖
利用金屬膠帶固定馬達
在瓶口挖出溝槽
成品圖

四、風洞裝置的製作

  1. 1.將塑膠罐的底部裁掉,利用膠帶固定在抽風機上。
  2. 2.固定時儘量不要有縫隙,並注意不要黏貼到風扇或內部會影響轉動的地方。
如圖將線焊接上 
將各部份零件組合起來的模樣
如圖將線焊接上
將各部份零件組合起來的模樣