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棒球觀點:彈性係數還是恢復係數?
2010/07/16 16:12:54瀏覽7880|回應1|推薦43

中華職棒大聯盟在去年總冠軍戰後立即爆出假球事件後,身為職棒愛好者而言肯定是件令人痛心疾首的事。職棒21年,主事者無不絞盡腦汁想要如何挽回球迷的心,甚至把這一年訂為『從「心」開始』。但除了球賽的「純度」之外,球賽內容是否精彩,也是決定球迷是否願意花錢「再」進場的絕大因素。

偏偏不巧,今年上半季比賽全壘打數量銳減,大家直接聯想到的是今年新採用的比賽用球。為了這顆球的「彈性係數」,還特別送請專業單位作檢驗。檢驗結果回報,一切都符合標準規範所允許的誤差範圍。但擺在眼前全壘打數量減產的問題,難道就這樣用一張報告就能帶過?於是聯盟決定在下半季比賽用球改用另一種球。

負責轉播中華職棒賽事的「緯來體育台」當然也在意比賽的精彩度,因為這關係到轉播的收視率,關係到廣告業績多寡,因此還特別製作一集節目介紹什麼是棒球的「彈性係數」。但以學理工出身的我而言,直覺這問題應該不是出在球的彈性係數上頭,而是「恢復係數」才對。只是不清楚大家為何會以訛傳訛的認為是球的「彈性係數」影響到棒球打擊出去後的飛行距離,我想這有必要加以比較說明。

首先,從物理學上的幾個相關名詞先作一下釐清:
一、虎克定律(Hooke's law):
是材料力學彈性理論中的一條最基本定律;材料在比例限度內應力與應變成正比例(直線)變化。其中應力指的是單位面積上所受的負荷,應變則是變形量與原長的比值,或者稱為單位變形量。

這裡所說的「比例限度」與「彈性限度」是不同的。比例限度指的是應力與應變成正比例的極限;而彈性限度卻是指材料受外力作用變形,當外力除去後,材料能恢復原狀的極限。從材料拉力試驗後所得的應力應變圖可知;彈性限度略高於比例限度,儘管兩者相當接近,但定義上就已經不同。

二、彈性係數(Elastic Modulus):
又稱為楊氏係數 (Young 's Modulus),就是應力應變圖上最初一段直線的斜率,其關係滿足虎克定律;為應力與應變的比值。彈性係數也代表著材料的剛性(stiffiness),剛性材料具有較高的彈性係數,意味著其原子間有較大的鍵給力,在彈性負荷範圍內較易保持形狀和尺寸;意即受力後比較不易變形。

三、恢復係數(Coefficient of Restitution):
兩物體作直線碰撞時,碰撞後的相對速度(分離速度)與碰撞前的相對速度(接近速度)的比值。如果以不同物體作自由落體試驗,可以發現反跳後的高度與恢復係數、落下前原高度是有一定關係的。反跳高度等於恢復係數的平方乘以原高度。

就以上的名詞解析後可以發現,彈性係數關乎到材料容不容易因外力而破壞、變形,而恢復係數則在於物體碰撞後相對速度的變化,這才會影響到物體(棒球)受外力(被打擊出去)後的位移大小是如何的最重要因素。

假設在投手球速與打者揮棒速度固定條件下,棒球的恢復係數比較高者,當棒球與球棒接觸後的分離速度就會比較大。而以物體飛行距離(不計算風阻等其它因素)而言,其水平射程公式如下:
S=V^2sin2θ/g,其中
S:水平射程(飛行距離)
V:初速度
θ:水平射角
g:重力加速度
由上公式可以得知,當打擊出去的水平射角呈45度的角度時,sin2θ可以得到最大值等於1,此時可以達到最遠的飛行距離S=V^2/g,。

當然不可諱言的,一顆彈性係數比較低(剛性低)的球,在球被擊出後比較容易產生變形。此時,比一顆沒變形、圓滾滾的球在空中所受到的空氣阻力當然來得大,影響飛行距離在所難免。但比起初速度所影響的飛行距離,恐怕恢復係數所佔的因素比較大些。

台北市立體育學院就有有關於恢復係數『COR球體恢復係數檢測』設備;它依照國際棒總的統一規範,使用發球機與鋼板進行碰撞測試。其所依循的原理就如同本文所說的一樣,測試球在碰撞前後速度的變化來得知該顆棒球的「恢復係數」。

應該正名,影響中華職棒21年上半季全壘打數量銳減的不是球的彈性係數,而是恢復係數。

( 心情隨筆心情日記 )
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引用
引用網址:https://classic-blog.udn.com/article/trackback.jsp?uid=sirarong&aid=4165777

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允兒
等級:8
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好難懂
2010/07/20 20:38

,我看不懂啦~

我不看棒球,棒球已經被弄爛了,一點信心也沒有。


打破虛空笑滿腮,玲瓏寶藏豁然開。
韋駝(sirarong) 於 2010-07-20 21:03 回覆:
這是專業的物理問題啦!
拍謝...