2008年6月9日 星期一

球棒基本物理特性介紹

球棒基本物理特性介紹

現今棒球規則中針對球棒有下列規定事項:球棒必需用一根木材製成,棒頭直徑最大不得大於432英吋(7公分),球棒長度不得大於42英吋(106.7公分);凹頭球棒其深度須在1英吋(2.5公分)之內,凹頭寬度直徑介於2~1英吋之間(5.1~2.5公分),凹狀部份不得著附其他任何物質;球棒之握把位置不得超過自棒端起18英吋(45.7公分),其握把部份得包紮或使用任何材料處理(包括松脂等)使適合掌握;最後比賽中不得使用著色球棒,另外金屬、木片或竹片接合製成之球棒,需經過棒球協會之認可則准予使用。球棒大致上可分為幾個部位:握柄(knob)、握把(handle)、棒頸(throat)、棒頭(barrel)、棒頭端(tip)(如圖一所示)。
相子元等人(1998)指出球棒的表現特性,可區分為增加運動表現,以及減少運動傷害之舒適程度(如圖二所示),本文僅探討針對球棒慣量(bat of inertia)、 甜區(sweet spot)以及勁度(stiffness)等影響打擊表現的特性來探討,接下來簡單介紹這些球棒特性。


一、球棒慣量(bat of inertia):為質量(mass)、質心位置(center of mass)與轉動慣量(moment of inertia;MOI)所構成的球棒參數,與球棒的質量有密切的關係。

(一)質量:一般指球棒的質量,目前一般球棒的重量大致上介於840g~940g左右。Bahill& Karnavas(1991)認為每位選手都有最適合的棒球棒質量,使選手能達到最佳表現;龔榮堂、劉強等(2003)的研究指出,揮棒速度會隨著球棒質量的增加而減低,然而現今的職棒選手多半都不知自己所適合的球棒質量為何,故如何選擇適合的球棒質量就是目前重要的課題。
(二)質心位置:利用平衡法求得球棒的質心位置。
(三)轉動慣量:即影響轉動程度的物理量,轉動慣量表示為I,可知決定MOI的因素為球棒質量和質心位置與球棒旋轉中心之距離。
二、甜區(sweet spot):指球棒上最佳擊球位置之區域,理論上棒球棒的甜區位置是一個區域,而不是一個單純的點,建議棒球選手的打擊接觸面在甜區的分布區域上才能發揮最佳的擊球效果;甜區是由強力中心、碰撞中心、節點所組成的區域(如圖三所示)。

其要素如下:
(一)強力中心(power point):球棒擊球後能產生最高球速的位置,通常會固定球棒,觀察棒 球撞擊球棒後,產生最大的回擊速度的位置。
(二)碰撞中心(center of percussion):即球棒擊球後無撞擊刺痛感之位置,根據Cross(1998)指出,對應於單擺運動的軸心,有一個相對應的點位於球棒質心另端,當外力作用此點時,僅會產生對新的軸旋轉,不會對雙手產生衝擊,此點稱為碰撞中心。
(三)節點(node):即球棒擊球後無振動感之位置,一般來說節點的位置與棒球棒的長度有很
大的關係,根據Brody(1986)的研究指出,節點的位置大約距棒頭端起向內19cm處 為節點位置;根據王袺成等人(2003)的研究檢測發現白梣木與楓木棒球棒的節點位置,不管球棒材質與球棒的長度,其球棒的節點位置約為球棒全長的20%。
三、勁度(stiffness):即球棒之抗彎能力。當選手在全力快速揮擊的情況,透過高速攝影機的觀察,通常可以發現球棒是呈現彎曲的現象,所以球棒的勁度會影響棒球棒的特性。測量的方式以類似懸臂樑的的固定方式來夾持球棒,在球棒的棒頭端施予固定的力量,利用線性位移測量器(LVDT)測出數據,畫出受力與位移之關係圖,則受力與位移之比值即為球棒的勁度。

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