ボールのスピードと変化の仕組み

プロ野球投手の投げる回転のかかった変化球はびっくりするほどキレがあるといいます。でも、無回転でもボールが変化するってどういうこと？そんな回転しない変化球について探ってみましょう。縫い目を無視して、つるりとしたボールが回転していない場合を考えてみます。ボールが空中を飛ぶとき、ボールにかかる抵抗Ｄは球速Ｕの二乗に比例します。比例定数ＣＤは抵抗係数です。硬式ボールの場合、球速72〜１４６㎞／ｈ（20〜40.5ｍ／ｓ）では抵抗係数が一定でＣＤ＝０・45。この数値に硬式ボールの直径74㎜を当てはめると、球速範囲の抵抗Ｄは、Ｄ＝０・46〜1.9Ｎとなり、これが球速を減速させるブレーキとなるのです。

ピッチャーマウンドとホームベース間の距離は18・44ｍです。仮に球速72㎞／ｈで投げたとき、ベース上でどのくらいの速度に減速するのかを先の抵抗値から計算すると67㎞／ｈとなります。減速率は92・5％です。１４６㎞／ｈのボールでは、１２５㎞／ｈに減速されるので、減速率は85・3％です。つまり、初速が速いほどブレーキのかかり方が大きいということを表しています。

バッターからは、球速が遅いとピッチャーの手元を離れたときの速度のままで飛んでくるように見え、球速が速いとベース上では予測とは違って、突然スピードが遅くなったように感じるのです。球速が１４６㎞／ｈを超えると抵抗係数は急激に小さくなり、１６８㎞／ｈではＣＤ＝０・35となって22％も減少します。これはボール後方の流れの様子が激変するためです。

また、１６０㎞／ｈの球速ではＣＤ＝０・38です。このときのブレーキ力は１・９Ｎとなり、球速は１３９㎞／ｈに減速します。減速率は87％です。仮にＣＤが先のように０・45だとすると、ブレーキが強く掛かり（２・３Ｎ）、減速率は84％となるはずですが、球速が１４６㎞／ｈを超えると、ボールのスピードは予測より落ちずに飛んでくるため、バッターのタイミングが外れてしまうのです。

ただし、ボールの縫い目がどの位置にあるかで、こうした現象が、どんな球速で起こるのかの事情が変わってきます。そのため、フォークボールやナックルボールなどのようにボールがベース上に来るまでに１／４回転、もしくは半回転するくらいゆるゆるの回転を与えると、速度や軌道が不規則に変化し、どこに飛んでくるのか予測がつかない変化球となります。いわゆる「魔球」ですね。

出典：『眠れなくなるほど面白い　図解　すごい物理の話』著/望月修