FoodPro Preloader

Feltlikninger: Baseballens fysikk


Endelig er åpningsdagen nesten her. Som med hver ny sesong kommer denne med en rekke store liga spørsmål: Kan Phillies gjenta? Kan utbrudds-Yankees ødelegge deres World Series tørke? Er dette året atletikene gjenvinne deres freewheeling magi? Men svarene på alle de store spørsmålene kommer til syvende og sist fra utallige små interaksjoner, både menneskelige (en kule som vender nedover en smette, en base løper som utfordrer en fangers arm, en sjefs klarte doble bryter) og fysisk (en ball som møter kulens søte flekk, en skarp glidebryter som skiver gjennom luften, en popfly som sporer en parabol

Endelig er åpningsdagen nesten her. Som med hver ny sesong kommer denne med en rekke store liga spørsmål: Kan Phillies gjenta? Kan utbrudds-Yankees ødelegge deres World Series tørke? Er dette året atletikene gjenvinne deres freewheeling magi? Men svarene på alle de store spørsmålene kommer til syvende og sist fra utallige små interaksjoner, både menneskelige (en kule som vender nedover en smette, en base løper som utfordrer en fangers arm, en sjefs klarte doble bryter) og fysisk (en ball som møter kulens søte flekk, en skarp glidebryter som skiver gjennom luften, en popfly som sporer en parabolbue gjennom himmelen).
Alan Nathan, en fysikkprofessor ved University of Illinois i Urbana-Champaign, har trent sitt ekspertblik på de fysiske spørsmålene som utgjør kvantespillet. Nathan opprettholder et nettbasert repository på baseballfysikk, tegning fra sitt eget arbeid og med andre baseball-minded-forskere. Vi snakket med ham om corked flaggermus, den mystiske "gyroball", og om hans favorittlag har mannskap til å male ut en annen sesong.
[ Et redigert transkripsjon av intervjuet følger. ]
Hvordan ble du interessert i dette emnet?
Det begynte uskyldig nok. Vi har disse oppsøkingsprogrammene, hovedsakelig rettet mot vitenskapsstudenter, og vi gir sving med å snakke, vanligvis om vår egen forskning. Det er denne boken, The Basics of Physics, av Robert Adair, som jeg hadde hatt på sokkelen i syv eller åtte år og aldri åpnet. Dette er langt tilbake i 1997 - og jeg tenkte: "Vel, la meg være enig om å gi en snakk om dette, og det vil tvinge meg til å lese det. " Så det var det jeg gjorde, og det ville vært ganske mye en one-shot avtale hadde det ikke vært for det faktum at det var reporter for lokal avis i publikum. Han intervjuet meg etterpå og skrev det opp i papiret, og da begynte folk å ringe meg opp og spør meg om å gi samtaler. Så da begynte jeg å bli mer seriøs om hele greia. Jeg hadde en sabbatical om et år senere og tilbrakte en del av tiden min med å gjøre noen seriøse undersøkelser. Og det er bare vokst derfra.
På din Fysikk av Baseball- nettside ser jeg mye informasjon om ballens rotasjon. Til en observatør av baseball, er dette noe som kommer opp mye når vi hører om pitching, men svært sjelden når vi snakker om slagte baller. Er dette en viktig faktor for baller i flukt?
Absolutt. Det er en av de avgjørende faktorene i hvor langt en flykule vil bære, for eksempel. Vanligvis, hvis du ønsker å slå en lang flykule, vil du sette backspin på den ballen. Den såkalte Magnus-kraften på spinnende baseball vil være oppad for en ball med backspin, og i utgangspunktet motsetter det seg tyngdekraften. Det holder ballen i luften lenger slik at den reiser lenger. Så dette fører til batting strategier-du faktisk underbår ballen. Du vil ikke slå ballen på hovedet, noe som vil gi deg en slags linjedrift. Du vil underkaste det litt, noe som gir det mer av en vertikal startvinkel og gir også ballen tilbakespinn. Og backspin er viktig hvis du vil slå en lang flykule.
På den annen side, hvis du gjør det motsatte - hvis du treffer på toppen av ballen - vanligvis går ballen ned, så det skal bli grounder, og det kommer til å ha toppspinn på den. Men toppspin i seg selv kan føre til at interessante ting skjer. Noen ganger kan en batter slå en synkende linjedrev; igjen, det er en annen treffer strategi. I dette tilfellet er ballen truffet som mer av en linjedrift, men det er litt toppet, så ballen har toppspinn på den. Topspin gjør at ballen faller raskere, og det er det du kanskje vil gjøre for en linjestasjon, slik at den faller foran utfordreren. Så det er alle slags slående strategier som smeter kan ansette, og jeg mistenker at selv om de ikke tenker på det kanskje ganske i disse termer, forstår de virkelig hva det handler om.
Mens vi er på temaet for å slå strategier, ser jeg at du har gjort noe arbeid på fordeler og ulemper med korkede flaggermus. Kan du gå oss gjennom det?
Tanken med å corking en flaggermus er at du bor et hull gjennom tønneenden av flaggermuset - kanskje en fot dyp, kanskje omtrent en tomme i diameter - og du fyller den med kork. Korken selv gjør ingenting annet enn å skjule det faktum at du har gjort denne ulovlige handlingen. Ideen er følgende: med mindre vekt av flaggermuset på hodet av flaggermuset, i tønnen, kan du svinge batene raskere. Men det er en avgang. Fordi bedriftens ende av ballten har mindre vekt, kan du svinge den raskere, men det er mindre effektivt å overføre energi til ballen. Og så er det noe i kontroversen om nettoresultatet er positivt eller negativt ut fra batteriet. Min konklusjon ut fra synspunktet om å få den høyeste slagte ballhastigheten, som er det du vil ha hvis du vil slå den lengste flykulen, er at det er et nett tap for batteren. Det vil si, det du får i svinghastighet, gjør det ikke helt for det du mister i effektiviteten i overføring av energi.
Så da kan du spørre, vel, hvorfor gjør smeter dette? Det er faktisk en god grunn til hvorfor de kan gjøre det. Det er ikke å få den høyeste batted ball hastigheten, men å ha den beste bat kontrollen. Så med mindre vekt av flaggermuset i tønnen, er du mye lettere i stand til å manipulere flaggermuset, for å få slaggen inn i streikssonen raskere. Batterier gjør forskjellen mellom slagflatehastighet - hvor fort flaggermuset faktisk beveger seg når det treffer ball- og flaggermusets raskhet, som har mer å gjøre med akselerasjonen, batterens evne til å få flaggermus fra hvor den først er på skulderen i streikssonen så raskt som mulig. Og det betyr at evnen til å kunne endre svingen din midt i svingen, som skjer når du får mer informasjon om hvor ballen kommer til å ende opp.
Så mens korking av flaggermuset sannsynligvis ikke tillater deg å slå en lengre hjemmekurs, kan det tillate deg å få god kontakt oftere.
Så selv om du ofrer din bratte ballhastighet og kanskje ditt rykte, hvis du er Sammy Sosa, er det noen fordeler å oppnå der.
Yeah. Og jeg tror at denne typen avgang er svært lik den typen avbyte som spillere på videregående og høyskolenivå gjør. De samme tingene gjelder, bortsett fra at de ikke bruker trefladder. De kan faktisk redusere vekten i fatet av flaggermuset lovlig ved å velge en flaggermus som ikke er helt så topp tung. Med nonwood flaggermus kan du lettere endre tråkkemomentet, som for det meste har å gjøre med hvor tungt det er i fatet, nesten uavhengig av den samlede vekten av flaggermusen, og du kan gjøre det lovlig. Så det interessante er at de fleste kollegiale spillere synes å foretrekke flaggermus med mindre vekt i fatet, på en måte å ofre den høyeste batted ballen hastigheten til fordel for mer flaggermus kontroll og muligheten til å sette fatet på ballen på ballen oftere .
Når det gjelder fysikk av pitching, for to år siden hørte alle om "gyroballen". Har vi sett en av disse i Major League Baseball, eller er det en myte?
Jeg vil ikke gå så langt som å si at det er en myte. Jeg tror ikke det er en myte. Men det er sjelden brukt. Som du sier, for to år siden, da Daisuke Matsuzaka først gjorde sin inngang til Major League Baseball fra japansk baseball, det var da hele diskusjonen fant sted om gyroballen. En gyroball er en ball kastet med det du kan kalle kulespinn, som en spiral for en fotball. Så spinnaksen justeres mer eller mindre med bevegelsesretningen. Måten Magnus-styrken jobber på et spinnende baseball er at kraften er størst når spinnaksen er vinkelrett på bevegelsesretningen. Når de er i samme retning, er det ingen Magnus-kraft. Så ballen kan snurre, men det spinner ikke fører til noen avbøyning av ballen. Og så ser det ut til at det er en ubrukelig tonehøyde. Men da jeg analyserte det, konkluderte jeg med at når det brukes judiciously, er det ikke en ubrukelig tonehøyde. Og hvorfor er det at de fleste banene kastet snurrer. Hvis batteren ser en ball som kommer ut av hånden som ser ut som en firesøm fastball, noe som er den rette plassen og banen som faller minst fordi den har mye tilbakespin, forventer batteren at banen skal komme i mer eller mindre ved en viss høyde. Hvis i stedet er dette faktisk en gyroball-for argumentets skyld, la oss si at det er kastet like hardt som en fastball-da har den ingen oppadgående Magnus-kraft på den. Det faller fritt fra tyngdekraften, slik at det ender opp med å slippe mer enn en typisk firesøm fastball ville falle, og det er en helt nyttig tonehøyde hvis batteren forventer at den skal gjøre noe annet.
Det gamle ordtaket, som den store left-handeren Warren Spahn sa, er at "batting er timing, pitching er upsetting timing." Du trenger ikke å kaste den raskeste ballen for å få folk ut. Alt du trenger å gjøre er å kaste noe de ikke forventer. De virkelig gode kruikene vet hvordan du gjør det.
Vitne Jamie Moyer, for eksempel.
Greg Maddux er et annet godt eksempel på noen som har gjort en karriere av å ikke nødvendigvis alltid kaste sine beste ting, men alltid blande ting opp på en slik måte at batteren ikke forventer det.
Nå, da jeg så på Matsuzakas baner fra 2007-sesongen, konkluderte jeg med at hvis han kastet banen, ble det ikke kastet veldig ofte. Kanskje en eller to ganger per spill i det meste. Det er et pitch-tracking system kalt pitch f / x som er installert i alle større liga ballpark, og alle dataene er helt gratis for verden å se på. Vel, du må vite hvor du skal finne den og hvordan du skal tolke den. Signaturen til gyroballen vil være en ball som ikke går i stykker, som ikke har en horisontal eller vertikal pause. Så jeg har lett etter slike steder fra Matsuzaka, og du ser noen få se nå og da ser det ut som om de kanskje kvalifiserer. Hvis han kaster det, er det ikke en slags tonehøyde du vil gi folk en stabil kosthold på, fordi når de regner ut det og tar på seg det, er det en lett tonehøyde å slå. Så du må kaste det dømmekraftig, og hvis han kaster det - ingen vet sikkert - han kaster det med sikkerhet.
Flytter over til Matsuzakas lagkamerat Tim Wakefield, kan du gi oss en trekk på hans signaturhøyde, knuckleballen?
Vel, jeg må innrømme at jeg forstår det minst.
Jeg tror det er sant for alle.
Nøkkelen til å forstå knekkballen er at hvis en ball var helt jevn, ville luften flyte over den på en ganske jevn måte. Men sømmen på ballen forstyrrer luftstrømmen, noe som forårsaker at ballen går i stykker. Det er ikke i det hele tatt samme effekt som effekten på grunn av det spinnende baseballet. Det er helt annerledes. Så nøkkelen til å kaste en knuckleball er at hvis du kaster en ball som spinner, er det en måte å tenke på det, at det spinnende baseballet er gjennomsnittlig over forskjellige sømretninger, så det er ingen nettoeffekt på grunn av at luften samvirker med sømmen. Men hvis du kaster ballen med nesten ingen spinn i det hele tatt, kanskje det roterer en halv eller en kvart revolusjon på vei til hjemmeplate-så når luften beveger seg over ballen, er det samspillet mellom luften og de sømmer som forandrer luftstrømmen, slik at den går fra en fin, jevn strøm til en turbulent strømning. Det fører til lokale trykkvariasjoner som gjør at ballen går i stykker, og det bryter på en mer eller mindre uforutsigbar måte.
Hvis du bruker dette Pitch f / x-systemet til å se på en annen kule og du plotter hver tone på et xy-diagram hvor x er pause i horisontal retning og y er pause i vertikal retning, faller pitchene i fine, ryddige små klynger. Du har en fin liten klynge som viser en firesøm fastball, en kurveball, en kutter. Men du ser på Wakefield, og det er over alt. Det er ingen fin, pene klynge, noe som betyr at ballen ikke har det du kan kalle en karakteristisk pause til den. Det er egentlig ganske uforutsigbart. Alle vet at det kommer, men alt du trenger å gjøre er å se på hva fangeren gjør for å innse at ingen vet hvor det går - jeg mener at fangeren har en god stund å gjøre med det også. [ Redaktørens notat: I 2006 reddet Red Sox catcher Doug Mirabelli spesielt for hans evne til å fange Wakefields knuckleball. ] Det er en tøff tone å treffe. Det er veldig morsomt med Wakefield; han er nærmest jeg har sett på en bipolar krukke. Han kommer på høyden, og enten har han det den dagen eller det gjør han ikke. Når han er på, er han bare helt uoppnåelig. Og når han ikke er på, slår de ham rundt. Noen ganger danser ballen virkelig og noen ganger er det ikke. Og så er det tider at det danser så mye at han ikke kan kontrollere det, og da går han folk og har en dårlig dag. Han er nesten en .500 karrierekanne; han vinner halvparten av spillene han plasserer. Det gjenspeiler bare det faktum at noen ganger er det på og noen ganger er det ikke.
På personlig nivå må jeg spørre hva er ditt lag?
Den røde soxen. Jeg er fra Maine opprinnelig.
Ser du dem gå hele veien i år?
Jeg tror de har mulighet hvis ting faller på plass. Det er tøff konkurranse i deres divisjon. Selv om det treffer i år ikke vil være så bra som det har gått i år tidligere, ser pitchingen seg å være veldig sterk hvis folk blir sunne. De kommer i blandingen. Sjekk tilbake med meg i oktober.

The Carbon Trap: Kan Kina overleve uten kull?Kan Offshore Drilling virkelig gjøre USA olje uavhengig?Vil billig naturgass gjenopplive hydrogenbilen?Dagens klimaendring virker mye raskere enn endringer i de siste 65 millioner åreneGlad 170 til!Amerikas beste klimaforsvar ligger i offentlige landEn matematisk guide til verdens mest levende byerDyr over hele verden Stick nær hjemmet når mennesker beveger seg inn