[轉錄](翻譯)合成纖維球棒真的比鋁合金球棒好嗎？

看板soft_nuushe作者Imoga (脫繭的小毛)時間16年前 (2008/05/17 00:29)推噓0(0推 0噓 0→)

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※ [本文轉錄自 Softball 看板] 作者: iray31 (greg) 看板: Softball 標題: (翻譯)合成纖維球棒真的比鋁合金球棒好嗎？時間: Thu May 8 07:27:26 2008 (去年11月翻的~~~後來都沒時間繼續其他篇~~~有興趣且有閒的幫忙翻其他的吧~~~) (翻譯有錯請指正，謝謝！) 原文出處：http://www.kettering.edu/~drussell/bats-new/compalum.html 圖請參閱原文。合成纖維球棒真的比鋁合金球棒好嗎？合成纖維材質製成的棒球棒和壘球棒其實已經存在好一陣子了，但他們卻在近幾年才開始嚴重地威脅到鋁合金球棒的地位。讓我們將時光回朔到1985年，當時已經有石墨跟塑膠材質的球棒問世，而在1980年代晚期，三大球棒製造商：Easton，Worth 和Louisville Slugger都推出了石墨材質球棒。廠商當時對這種球棒主要訴求重點是〝鋁合金球棒的耐用度加上木棒的特性〞。它們真的很耐操，但因為特性上實在比不起當時後來廣受歡迎的單層壁金屬棒，所以後來就在市場上消失了。接下來的十年時間石墨球棒可以說幾乎在棒壘球界消聲匿跡了，可是在1990年代後期，一些小規模的球棒製造商，最受矚目的Miken，為棒壘球市場引進了碳纖維材質球棒，或者我們稱之為合成纖維球棒，但就像它們的前輩，這些球棒還是一樣很耐操，但是特性還是不怎麼樣。但很快地在2000年後狀況有了改變，2001年，Louisville Slugger的全合成纖維棒─ Genesis，在2001年的Bat Wars球棒博覽會上，在球棒特性的評比中拿到了第一名的榮譽，而總體評比也以些微落差輸給了Worth的雙層壁球棒─Est系列。現在合纖壘球棒已經開始可以跟市面上最好的鋁合金球棒媲美了。在2002年的五月，Miken推出了Velocit-E 〝Ultra〞，到目前為止市面上可以買的到最暴力的壘球棒(不論你信不信，作者說他看過一些比Ultra更暴力的初型棒)。就因為Ultra如此暴力，許多像是ASA的組織開始禁用這支球棒並且威脅說要禁用所有的合纖棒，就像他們當初全面禁用鈦合金棒一樣。但經過許多製造商及真正了解棒-球碰撞關係的科學家和工程師的意見和建議後，ASA 決定提高用以審核合格球棒特性標準的限制。現今各製造商提供了多重種類的合纖棒供球友做選擇，包括全合纖球棒、合纖握把加合金棒身、鋁合金棒身外包覆合纖層，甚至還有全合纖材質的雙層壁球棒。慢壘款佔合纖棒的主要市場，且合纖棒在慢壘比賽絕對是立於主宰的地位。但儘管棒球棒也有全合纖材質的款式，大學以下的球員還是偏愛鋁合金球棒。所以囉，上述內容把我們帶回標題所說的：合成纖維球棒真的比鋁合金球棒好嗎？又為什麼好呢？合成纖維球棒比鋁合金球棒好的證據下圖(請參閱原文)的數據是ASA在三年前為了制定新一版測量慢壘棒特性的高速測試法所蒐集各種球棒的特性統計。在此測試方法中，他們用一個有固定旋轉軸且可自由旋轉的鉗子夾在離棒尾6in距離的握把上，接著將壘球用空氣加農砲以時速110mile/hr 向球棒擊球區發射，並在球與球棒撞擊前後用光測速器量測球的行進速度。我們用一個以能量不滅定律為基礎，且考慮到撞擊位置以及球棒的轉動慣量的公式來預測一個好的球員在球場上用未知特性的球棒能達到的擊球速度。ASA協會蒐集了各種樣式的球棒(木棒、舊款及新款的單層壁、雙層壁鋁合金、鈦金屬，還有合成纖維球棒)然後在制定高速特性測試的過程中也量測了他們的特性。2004年時我被允許可以接觸到這批球棒，這也讓我可以嘗試去將barrel hoop mode的頻率跟被擊球速度兩者關係做連結。而球棒的hoop frequency顯然跟空心球棒的彈跳效應背後的物理現象有極為密切的關聯。在我相關於彈跳效應物理現象的實驗性研究以及電腦模擬模型可以看出，hoop mode的頻率越低，球棒擊球區是越趨於理想的，也就是說彈跳效應越好，擊球速度越棒。圖中的數據顯示出此項預測說法是經由實驗結果驗證出來的，較高性能的球棒(擊球速度較高)，其hoop frequency看來都是比較低的ꄊ 我們在圖中依球棒結構的不同，用各種顏色跟不同的形狀來標示出各個數據點，此圖為特性量測結果提供了一個相當有趣的分析。使用高速撞擊測試法，木棒的擊球速度大約在88~90mph之間(圖中沒有木棒的數據點，因為實心木棒沒有所謂的hoop frequency)。單層壁鋁合金慢壘球棒的擊球速度大約在90~96mph左右。市面上最好的雙能壁鋁合金慢壘棒擊球速度大約在96~100mph左右。在1993年，Easton，Worth，跟Louisville Slugger 分別推出了鈦金屬壘球棒(其實 Worth 當時開發出來之後還不敢公諸於世，他們知道這將會改變壘球的生態，所以他們一直等到Easton推出了之後他們才敢將他們自己的鈦金屬棒推上檯面)。在鈦金屬球棒剛推出時，當時最好的單層壁球棒的擊球速度也才93~94mph左右，所以一支有著 100~103mph擊球速度的鈦金屬棒進入了壘球賽場後旋即對壘球運動產生了衝擊。而也因為鈦金屬球棒的特性遠超過市面上所有的球棒，它們在市面上推出三個月內就被所有的協會組織給禁用了。合成纖維棒含括了所有的特性(優點？)。早期的那幾隻(這次的研究沒有測到)打起來就像是一般的單層壁鋁合金棒。而這次所挑選的近代的合成纖維棒其中一批的特性則跟目前最好的雙層壁鋁合金球棒差不多，擊球速度差不多在96~100mph左右。而還有一批特別挑出來的超高效能合纖棒，包括最有名的Miken Ultra，這支的擊球速度超過105mph。圖中98mph的水平線就是ASA依據ASTM-F2219高速測試標準為慢壘球棒所訂定出來的上限值。因為如此，像Miken Ultra，Ultra2代，Easton Synergy，鈦金屬棒，還有其他的合成纖維棒以及雙層壁金屬棒這些高性能的球棒，都被禁止在ASA所屬聯盟的比賽中使用。合成纖維棒有哪些優點是超越鋁金球棒的？ [1] 揮棒重量感更容易控制從球與球棒撞擊的簡單物理分析中可以發現有兩種方法可以提升球棒的特性。第一個方法就是調整球棒的揮棒重量感。但事實上這講起來又有一點點複雜，因為它包含了兩個會相互牽制的變數。如果一個球員可以強化他的肌肉而讓同樣重量的球棒揮起來更快的話，擊球速度就會因為揮棒速度變快而跟著變快。相反的，如果一個球員能夠在使用兩支重量不同的球棒時仍舊擁有相同的揮棒速度的話，使用較重球棒時將會產生較高的擊球速度。最好的結果當然是使用重一點的球棒且揮棒速度快一點，但這對一般的球員來說根本是辦不太到的，尤其是還要能掌控球棒，所以通常我們通常只能選擇其中一種方法。那些強壯的好打者通常都傾向於較重的揮棒重量，因為他們有本事揮得夠快使得球棒的慣量能夠在擊球時提供有效的撞擊力道。沒那麼壯或是力量沒那麼大的打者就會傾向於挑一支揮棒重量感較輕的球棒來提升他們的揮棒速度藉以獲得較佳的擊球速度。輕或重的揮棒重量感差別基本就是取決於平衡點(或稱之為質心) 的位置還有轉動力矩，較多詳細的討論會在作者的MOI and bat-swing speed文章中提到，所以這邊就不會深入研究這方面的作用。但是有一點基本概念大家要先了解的，決定你的揮棒速度有多快的不是整支球棒的重量，而是球棒重量是如何地分佈在整個棒身上。平衡點如果越接近握把，那這支球棒就越好揮動。作者實驗室常擺著兩支球棒，其中一支他更是經常帶到物理學課堂上去作為解釋平衡點給學生了解的一個樣本。兩支材質分別是鋁合金跟合成纖維，長度都是34吋而且重量也是剛好30oz，但如果把這兩支拿出來揮揮看就會發現這兩支球棒是截然不同的。其中那隻鋁合金球棒的平衡點是在距離棒尾22.5inch的位置，而且其轉動力矩相當大(11134oz-in)。而另外一支合成纖維球棒的平衡點則是在離棒尾19.4in的位置，相對地它的轉動力矩也就小的多(8963oz-in)。儘管這兩支球棒的實際重量是一樣的，但因為平衡點的位置和轉動力矩量不同，使得這兩支的揮棒重量感變的天差地遠。用來製造合成纖維球棒的石墨及玻璃纖維材質是要比鋁合金輕得多的。事實上，大部分的合纖棒在握把處都有加入細鐵條來使得整體重量達到一般的要求。目前現有最輕的球棒就是合纖棒。就其本質而言，我們可以很方便地將球棒的質量從棒頭移到握把處(或是相反的來製造出重頭棒)藉以達到控制我們想要的平衡點位置以及揮棒重量感。事實上在幾年前，當大多數壘球組織都在使用BPF測試法(NCAA也用一個類似的方法稱作BESR)來決定球棒的特性時(測試的方法是用球棒的center-of-percussion去撞擊球)，後來發現只要將平衡點位置作偏移，球棒製造商就可以製造出一支可以通過規範，但實際上其特性是遠超過規範的球棒。 [2] Trampline 效應是可以調整的第二個提升球棒特性的方法就是加強所謂的擊球區的trampoline effect。球棒的擊球區在球棒與球的撞擊過程基本上就是一個彈簧運動.如果擊球區的彈簧效應是很硬的，那當球撞擊球棒時球會有較大程度的壓縮(變形)而使得它在壓縮變形及回覆形狀的過程中會損失相當程度的能量。但如果擊球區是比較軟的，擊球過程擊球區有較大程度的變形，相對地球變形量較小，也就使得在撞擊過程球損失的能量較少。而且在過程中暫時儲存於球棒壁中的能量也會再釋放回球去而使得撞擊後的飛球速度大幅增加。以單層壁金屬球棒來說，基本上要提升trampoline effect的方法大概就只有把球棒壁弄得更薄，但一個隨之而來的問題就是球棒壁可能太薄而無法在不產生凹陷或裂痕的狀況下承受球的撞擊。另外一點是，弄薄球棒壁會改變整隻金屬棒的質量分佈。合成纖維棒有一個金屬棒沒有的優點，就是合纖材料具有非等向性( anisotropic)，也就是說合纖材料的伸縮性在每個方向並不是均等一致的。藉著改變合纖材料織品的編織角度，可以使得球棒縱向(跟整支棒身同方向)及圓周向(環繞擊球棒身)的硬度可以任意更改而不互相影響，而且不會改變整支球棒的質量分布。也就是說你可以製造出一支擊球區很軟但握把區還是很硬的合纖棒，或是相反的握把很軟而擊球區很硬。因此合纖材料提供了製造商相當大的空間來設計一支可以符合他們期望特性或手感的球棒。現在有特性跟較差的單層壁金屬球棒一樣的合纖棒，也有可以媲美市面上最好的雙層壁金屬棒，當然還有能幹掉所有金屬棒(包括著名的鈦金屬棒)的合纖棒。製造商可以利用調整擊球區的的硬度來修正球棒的trampoline effect藉以提升或是降低他們想要做到的球棒特性。 [3] 抗彎曲性也是可以調整的如果是用鋁合金，製造商在對於球棒結構完整性的要求妥協之前，唯一能做的就是擊球區跟握把區的球棒壁厚度能弄到多薄。曾有製造商告訴筆者他們如何去設計一支要給美國女子代表隊球員使用的全新原型快壘棒。為了能做到球棒夠輕而且符合她希望的揮棒重量感，廠商沒有像以往的製程一樣將握把區的球棒壁弄薄。這樣的結果造成當她每次打擊有抓到好的擊球點時球棒都會不可思議地從中間位置誇張地彎曲。為了讓握把區更強壯而不至於斷掉，通常要達到這項要求的鋁合金管厚度都會導致其高抗彎曲的特性，雖然擊球區也會影響這項特性。高的抗彎曲性指的是最低彎曲模式的彎曲振動頻率會落在手對於震動最敏感的範圍。在遠離甜蜜點區域打到球會造成球棒起震，而此震動會被雙手接收到而產生強烈的刺痛感。所以我們可以看到鋁合金球棒都有厚厚的握把布來提高吸震能力，而許多球員在使用鋁合金球棒時要戴上厚厚的打擊手套來降低手震的刺痛感，這些現象絕非是發生在鋁合金球棒上的巧合而已。然而，合纖材料就提供了製造者這個選項─能夠降低球棒的抗彎曲性而不改變擊球區任何一項強度特性，也就是影響球棒效能最重要的部分。這也就是說，球棒製造者可以藉由調整抗彎曲性來設計出一隻手感更好或是更少手震的球棒。右圖是紀錄一個人手中握著震動握把時，在不同的振動頻率下所產生的手震感。下面那一條實線的曲線表示，手對於震動最敏感的頻率大約是在200~300Hz之間，而100Hz以下及500Hz以上則較不敏感許多。(請注意圖中兩軸的刻度都是以對數方式表示。)圖中藍色的點跟虛線說明一支握把很硬且基本彎曲振動頻率為220Hz的市售合纖慢壘棒的相對應手震感。紅色的點跟虛線則是一支抗彎曲性相對低很多而且基本彎曲振動頻率為85Hz的球棒的數據。我們用Threshold level這一條曲線來做說明，此曲線顯示出受測者在較硬握把的球棒上會比擁有較低抗彎曲性球棒超過十倍以上的手震感。而這兩個數值也表現出了現今壘球棒存在的一個極限。所以當目前大多數慢壘球棒的基本彎曲振動頻率都是在150~200Hz之間時，合纖材料的使用則提供了製造商一個可控制的震動因素去調整球員對於球棒的手震感。在最近的一個趨勢中，也就是DeMarini跟Easton成功地將此一技術用在其球棒且推入市場，這個技術就是複合結構球棒，鋁合金材質擊球區跟低抗彎曲性合纖握把的結合。此類球棒號稱提升了"whip action"而能讓球棒在揮擊過程有更大的flex程度。這個概念其實跟高爾夫球中好的揮杆過程是類似的，如果揮棒機制的時間點抓得剛剛好，球棒在揮棒過程中有曲張的狀況，而彎曲的現象使得球棒剛好在擊中球之前開始往前曲伸，因此造成球棒擊球區的速度是結合了球棒原本的旋轉跟曲伸兩股能量，其有效速度會比揮一支不會區伸、較硬的球棒的速度來的快。當然囉，如果你時間點沒抓好而使得球棒在往前擊中球時曲伸現象還是在往後的狀況下，整個有效揮棒速度就會降低。就我所知，各壘球協會委員對於握把的曲伸"whip action"真的可以提升球棒特性這一點還一無所知。但我也聽到一些人說這個作用會影響打者的揮棒機制進而影響其手感。 [4] 彎曲震動現象比較會被吸收掉合纖材料的另一個優於鋁合金材質的特點就是其天生的阻尼率是鋁合金球棒的兩倍。阻尼率決定了一個震動物體其振幅多快減弱。阻尼率越高震動越快消逝掉，打者也越不會感受到手震。低阻尼率則代表震動狀況會延續較長的時間而使得打者較容易感受到手震。筆者在實驗室中使用量測了各種壘球、少棒、成棒用球棒的最初兩個彎曲模型態的阻尼率。所有合纖球棒或是握把是合纖的球棒，其阻尼率的最少都是鋁合金球棒的兩倍，有些甚至有鋁合金球棒10倍大的阻尼率。這算是為什麼合纖球棒號稱有更大擊球甜蜜區的原因之一。當你球打到離擊球甜蜜區有一段距離的位置但卻不會有太嚴重的手震時，那是因為會造成刺痛感的手震大多已經被合纖球棒本身給吸收掉了。當然囉，我們也可以把阻尼吸震系統加在鋁合金球棒上來提升阻尼率，實際上許多的少棒球棒都有這種設計，但因為這樣會造成球棒的重量加重，所以成人球棒通常都不會這麼作。 [5] 沒有響亮的碰撞聲No "Ping" Sound 合纖球棒跟鋁合金球棒最後一個不同點就是他們的擊球聲音是很不一樣的。球棒在撞擊到球時發出的聲音算是球員在判斷其特性時所感覺的三種要素之一。相對於木棒打到球時發出的爆裂聲，鋁合金球棒打到球時會發出很明顯的碰撞聲，此碰撞聲通常會很響亮，而且聽起來就是一個單純固定頻率的聲音。合纖球棒一樣會製造出固定頻率的聲音，但因為較高阻尼率而使得撞擊聲快速地減弱，聽起來反而像是〝啪〞的聲音。 This can take some adjusting to.(不了解這句話是啥意思)筆者聽過一些習慣有響亮碰撞聲的鋁合金球棒的球員在改打合纖球棒後抱怨合纖球棒的特性不好，因為合纖球棒沒有他們的鋁合金球棒的撞擊聲。其實合纖球棒打出去的球是一樣或是更快於鋁合金球棒的，但只是因為擊球聲音跟他們習慣的擊球感覺不一樣所以它的特性是不好的。這種問題通常需要幾次漂亮的擊球來克服其錯誤的球棒特性認知，然後打者看到球狂飛出去的結果之後就會試著去適應新的擊球聲音了。 -------------------------------------------------------------------------------- 作者參考文獻(References) 請參閱原文網站資料~~~ -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 59.115.231.64

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iray31

05/08 07:28,

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allen74

05/08 10:55,

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cyutmizuno

05/08 10:57,

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