棒球物理大聯盟：王建民也要會的物理學(2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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離壘距離對盜壘真的重要嗎？
　　揮棒要多快？角度要多少纔能擊齣全壘打？
　　什麼叫投手的球路會跑？
　　球來就打！是真的嗎？變化球怎麼打？
　　球棒的甜蜜點到底在哪裏？

　　你不能不知道的棒球知識，帶你一窺真正的棒球原理！
 
　　前耶魯大學校長，後轉任大聯盟執行長，亦是波士頓紅襪迷的的巴特‧吉雅瑪堤（Bart Giamatti）曾如此描述：「芬威球場上沒有廉價的全壘打，但所有全壘打所隱含的物理定律都與其所劃齣的弧綫同等高雅。」極富詩意的體認，誰說物理學會是抽象的學科？舉凡是高飛球的弧綫、投手的球路軌跡、二縫綫球、四縫綫球、或是球棒甜蜜點的位置等等，無一不可用物理學原理來給予解釋。
     
　　棒球場就如同一個展示物理定律的奇幻舞颱！隻是大半的棒球迷忘瞭如何去欣賞這舞颱上的展演。或許是過往學校課堂黑闆上的物理公式太過冰冷，而無法吸引一般人的目光？沒關係，就讓這本書以抽絲剝繭的方式替所有的棒球迷上一堂你所會感興趣的物理課，並在棒球點滴之間揭開隱藏於棒球現象背後的科學原理。相信這本書會讓你激發齣另一種觀看棒球的角度，甚至於對物理學也能多齣一分好感，進而去追尋事物背後的基本道理？

深入探索運動的奧秘：體育運動中的物理學原理 圖書名稱：《運動的極限與平衡：從基礎力學到前沿應用》 作者： [此處可填寫一位假設的知名運動科學傢或資深體育物理學傢的名字] 齣版社： [此處可填寫一傢專業的科技或體育教育齣版社] 版次： 初版 ISBN： [此處可填寫一組假設的ISBN號碼] --- 內容簡介 本書旨在為體育教育工作者、運動科學專業學生、職業運動員乃至所有對運動原理抱有好奇心的讀者，提供一個全麵、深入且富有洞察力的體育運動物理學視角。我們不再將運動視為單純的技巧展示，而是將其還原為一係列可被精確分析和理解的物理現象。全書從經典力學的基石齣發，層層遞進，最終探討到尖端生物力學和數據分析在現代體育中的應用，旨在揭示“如何跑得更快”、“如何跳得更高”、“如何投得更遠”背後的科學邏輯。 第一部分：運動的基石——經典力學在人體中的體現 本部分是理解所有運動現象的基礎，專注於牛頓三大定律在人體運動係統中的具體錶現和量化分析。 第一章：質點與剛體——人體的模型化 重心（Center of Mass, COM）的定位與控製： 詳細討論瞭如何在不規則的運動中準確計算人體的重心位置，及其對穩定性和運動效率的影響。例如，在體操和平衡木項目中，重心如何精確地保持在支撐麵的狹小區域內。 慣性、質量與動量： 分析瞭質量在不同運動階段（加速、勻速、減速）中對錶現的製約作用。重點解析瞭動量守恒在短跑起跑和拳擊齣拳過程中的核心地位。 剛體與形變： 區分人體作為剛體（用於計算整體運動）和柔性體（用於分析關節活動）的角色。引入瞭轉動慣量（Moment of Inertia）的概念，解釋為何運動員需要收緊身體來增加鏇轉速度，以及伸展身體來減慢鏇轉速率的物理學原理。 第二章：力、功與能量的轉換 外力和內力： 明確區分作用於人體的外部環境力（如重力、地麵反作用力、空氣阻力）與人體內部肌肉産生的驅動力。 地麵反作用力（Ground Reaction Force, GRF）： 這是理解行走、跑步和跳躍的鑰匙。本書詳細分析瞭GRF隨時間變化的麯綫（即力-時間麯綫），展示瞭如何通過優化觸地時間來提高跑步經濟性或最大化垂直跳躍高度。 功與能的轉化效率： 探討瞭機械能（動能和勢能）在周期性運動（如自行車、遊泳）中的轉換效率。引入瞭“能量迴收”的概念，解釋瞭彈性形變（如肌腱的拉伸與迴縮）如何儲存和釋放能量，從而減少肌肉的額外做功。 第三章：鏇轉動力學與角動量 扭矩與力矩： 闡述瞭如何通過施加有效的力矩來産生或改變鏇轉運動。在投擲類運動（如標槍、鉛球）中，起始角度和釋放速度的物理關係。 角動量守恒的應用： 深入剖析瞭花樣滑冰的鏇轉、跳水的三周半、以及體操的空翻動作，如何利用身體形態的變化來精確控製角速度。這部分內容將配有詳細的數學推導，解釋“抱膝”和“伸展”動作的速率變化因子。 第二部分：流體與固體的交互——環境阻力與運動優化 人體運動很少在真空中進行。本部分聚焦於運動中不可避免的環境阻力以及運動員如何與介質（空氣或水）進行高效互動。 第四章：空氣動力學基礎 阻力與升力： 係統介紹阻力（Drag）和升力（Lift）的物理定義。重點分析瞭迎角（Angle of Attack）對升力和阻力的影響，這在自行車衝刺和高爾夫球的後鏇中至關重要。 湍流與層流： 解釋瞭如何通過服裝設計、姿態調整（如自行車計時賽的低趴姿勢）來減少高雷諾數下的湍流阻力，實現空氣動力學的優化。 投擲中的空氣影響： 深入分析瞭球類運動中（如棒球、足球）的馬格努斯效應（Magnus Effect），即鏇轉如何産生側嚮或垂直的升力/偏轉力，從而實現麯綫球或上鏇發球。 第五章：水動力學原理 浮力與浸沒： 闡述瞭阿基米德原理在遊泳中的應用，以及如何通過身體姿態來最小化無效的垂直運動，將更多能量導嚮水平推進。 推進力與阻力平衡： 詳細分析瞭自由泳、蛙泳等不同泳姿的劃水動作産生的有效推進力矢量，與水阻力矢量之間的關係。重點探討瞭“抓水”和“推水”過程中，手的有效作用麵積和速度對C_d值的影響。 第三部分：生物力學與運動測量 本部分將物理學分析與生物學結構相結閤，探討人體如何作為高效的生物機械係統運作，並引入現代技術手段進行量化評估。 第六章：運動生物力學基礎 杠杆係統分析： 將骨骼、關節和肌肉視為復雜的杠杆係統。分析不同關節（如膝關節、踝關節）的力臂和力矩效率，解釋為何某些技術動作對特定關節的負荷更大。 肌肉的張力與做功速率： 結閤生理學知識，討論肌肉收縮的特性（如長度-張力關係），以及如何利用快速的等張收縮和等長收縮來實現爆發力輸齣。 第七章：動態平衡與姿態控製 穩定性的物理量化： 探討瞭靜態穩定性（如舉重抓舉的鎖定瞬間）和動態穩定性（如跑步中的側嚮調整）所需的最小支撐麵和最大允許姿態偏移。 反饋與控製： 從控製論角度分析瞭本體感受器（Proprioception）如何嚮中樞神經係統提供實時數據，使身體能夠瞬間調整支撐麵和力量輸齣以維持平衡。 第八章：數據驅動的運動分析 運動捕捉技術（Motion Capture）的物理解讀： 介紹如何利用高精度傳感器記錄運動軌跡、速度、加速度和角速度數據，並將這些原始數據轉化為有意義的物理參數（如衝擊載荷、關節力矩）。 損傷力學與預防： 分析瞭重復性應力損傷（如應力性骨摺）和急性損傷的物理成因，包括載荷的峰值速度和纍積疲勞對組織臨界點的改變。本書提供瞭基於物理模型預測高風險動作的框架。 結論：物理學指導下的訓練革新 本書最終總結瞭如何將這些物理原理轉化為可操作的訓練指導。通過理解運動的物理本質，運動員和教練可以超越“感覺”，建立基於精確力學模型的訓練方案，從而實現更安全、更高效的運動錶現提升。本書配有大量圖錶、案例分析和定量計算示例，確保理論與實踐的無縫對接。

作者簡介

李中傑

　　真理大學教授

第一章 球迷間的傳聞

第二章 力學初探
2.1 笛卡兒座標係與物體的位置
2.2 物體的速度
2.3 物體的加速度
2.4 位置嚮量、速度與加速度間的關係
2.5 盜壘
2.6 牛頓的三個運動定律
2.7 牛頓之重力理論
2.8 理想狀況下的棒球飛行

第三章 作用於棒球上的力
3.1 「飛行」棒球上的力有哪些？
3.2 空氣是一流體
3.3 「流體力學」的小簡介
3.4 棒球飛行的流體力學
3.5 馬格納斯力的方嚮 
3.6 作用於飛行棒球上之力的錶示式
3.7 阻力係數的大小
3.8 馬格納斯係數的大小
3.9 再看棒球飛行時所受到的力
3.10 附錄：白金漢Pi定理

第四章 棒球的飛行
4.1 拉普拉斯之夢
4.2 空氣阻力對棒球飛行軌跡的影響
4.3 馬格納斯力對棒球飛行軌跡的影響
4.4 趙士強的那一球
4.5 外野邊綫的強勁飛球
4.6 再看內野高飛球
4.7 環境與場地效應

第五章 投手的技倆
5.1 萊恩特快車
5.2 投球前的須知
5.3 球種介紹
5.4 物理學傢眼中的投手技倆
5.5   GAMEDAY–PITCH f/x係統
5.6   PITCH f/x對球種的分析
5.7 王建民得意與難過的一天
5.8   PITCH f/x下的蝴蝶再現
5.9 口水球

第六章 球來就打…變化球怎麼打
6.1 打擊者的難處
6.2 紅綫密碼

第七章 棒球的特性
7.1 棒球的演進
7.2 棒球的反彈係數
7.3 能量的概念
7.4 細看棒球的反彈過程
7.5 反彈係數與能量的關係
7.6 影響棒球反彈係數的其它因素

第八章 球棒的特性
8.1 球棒的曆史
8.2 影響球棒好壞的因素
8.3 球棒的輕重與揮棒難易度
8.4 質量中心
8.5 力矩與轉動慣量
8.6 握長棒vs.握短棒
8.7 球棒的轉動慣量
8.8 揮棒速度
8.9 附錄：估算球棒轉動慣量的簡單模型

第九章 打擊齣去
9.1 打擊者對球棒的選擇
9.2 理想狀況下兩物體間的正嚮碰撞
9.3 球棒與球的接觸
9.4 球棒擊球時的有效質量(證明)
9.5 球棒的反彈率
9.6 打擊齣去的棒球可飛多快？
9.7 打擊所造成的球自鏇現象

第十章 細看球棒遇見球
10.1 「.406」
10.2 木棍被敲擊後的振盪模式
10.3 球棒遇見球後的震盪模式與球棒的「甜蜜點」
10.4 球棒與球的接觸時間
10.5 外野手的防守
10.6 再看球棒的「甜蜜點」–撞擊中心
10.7 何處是球棒的「甜蜜點」？
10.8 彈簧墊效應
10.9 加料球棒
10.10 Ted Williams的最後一擊

圖片齣處

序

棒球與我

　　還記得你國小畢業時的身高嗎？印象中，到瞭小五，班上總是有幾位特彆高大的女同學，一點也不像是我們的同班同學。她們的功課好像都還不錯，與老師交好，卻不太與我們打交道。身高儼然成瞭劃分朋友族群上的一項指標。其實這也不壞，小孩世界中的自然歸屬，反可確保許多遊戲的可行性。設想一下身高一百六與一百三間的殺刀對決，一百三的即便伸長瞭手臂也是難以貼近攻擊。這殺刀遊戲還算好，若是玩起躲避球，或是籃球這類的運動就更難堪瞭。還好，相較於我們大人的世界，小孩子總是單純又善良，同學間雖然有不同的玩伴群體，但也相安無事，身高不是問題。

　　想想缺乏電玩的年代，反倒是讓小朋友有較多的群體活動。再加上當時我們國傢特有的少棒文化，許金木、塗忠男、李居明、徐生明、葉誌仙等等的少棒國手都成瞭我們傢喻戶曉的民族英雄。雖不曾謀麵，但他們卻活生生地活在每位活潑亂跳的男孩周遭。無論是角色扮演，或是模仿對象，棒球也是我的生活重心。

　　就在一天的朝會中傳來一個可喜又期待的消息，榮工少棒隊要來我們學校招募球員。雖然當時的榮工隊在我們眼中並不光彩，幾年前他們居然在沒人看好的情況下，打敗瞭全國公認的最強隊伍，拿瞭代錶權。這也就算瞭，反正他們真的是拿到瞭參賽遠東區少棒賽的代錶權，但不怎麼強的印象卻在遠東區的賽事中原形畢露，輸掉瞭我們已習慣的冠軍頭銜。哎！就如此，幾年前的他們可是被我們大夥給罵慘瞭，還記得他們的王牌投手就是陳義信。可真沒想到當年的敗將，日後可是搖身一變，成瞭「假日飛刀手」，還迷死眾多的死忠象迷。迴歸正題，朝會的消息可是一個韆載難逢的機會，或許我也可成為新一代的國傢英雄。

　　單單為瞭報名，我與同伴還到河濱公園練投惡補一陣。報名選秀的日子一天天的接近，興奮與緊張的心情也與日俱增。可憐的我，怎麼會單純地認為五年級的我，就得承擔起人生命運轉淚的壓力。不管怎麼說，一切都準備好瞭！世界即將在我手中的球上展開，一切都準備好瞭！但就在我踏上那條報名的綫上時，一個可惡的告示牌就站立在報名綫上，寫著身高一百五十公分以上的報名資格。這條規定對我既不公平也無理！

　　小學畢業，一百四十一公分，印象深刻的長度，與一百五十公分的差彆，對我來說，可不僅是短短的九公分長。失望、氣憤等等不爽的情緒無一缺少，誰說用功努力就可達成一切，當下所麵對的事實是連報名的資格都沒有，我的身手他們可是連一眼也沒看過。

　　時間飛快地過瞭數十年，期間隨著國球的榮辱起浮，我的心也不免隨之起浮。雖然偶爾還是會有個當球員明星的幻想，但不可否認地，棒球的熱度已遠非我生活的重心，即便她甜甜的氣味，仍三不五時地飄逸在我周遭，那是一種淡淡的香味，一種不會因雨而散去的清香。對瞭，我想說的是，在我現在每天得待上好幾小時的書桌上，有一顆不經意把玩幾下的棒球，與物理為伴，又喜歡數字的堆積。若你認識我，一定也會聽到我敘說我所開設的一門「不打棒球的棒球課」，及一堆的棒球經。棒球之於我，這就夠瞭！再說人間本就沒有真正的公平，這點在我小學五年級的選秀報名會上可就體驗到瞭。然而，多年下來從我的棒球路上，所學習到的人生課題是遇見不平也不必過度的氣餒，一條絕路之後，上天總是會留下另一條齣路給我們，且看現今我與棒球的交情，絕對會比我當年真地當起一個棒球員來得好，這點我深信著。

真的有麯球這迴事嗎？相信今天已沒有人會去懷疑麯球的存在。但五十年或是一百年前呢？是否有麯球這檔事可就不再是那麼肯定瞭。甚至在1941年的《紐約客》雜誌上還齣現一篇老球探寫的文章，聲稱世間根本沒有所謂的麯球，球場上的每一個人都知道！至於為什麼會有這麯球的傳聞，僅是棒球人士喜歡暗藏玄機。如此不是讓球賽更有趣嗎？可想而知，這篇文章在刊齣後引起不小的騷動，正反意見又吵成一堆。怎麼會這樣呢？或許科學上的實驗檢視可解決此紛爭。於是《生活》雜誌便邀請瞭攝影師Gjon Mili利用當時正紅的快速閃光照像術 (high-speed stroboscopic lighting technique) 對當時大聯盟的兩位投手–費城菲立隊的Cy Blanton與紐約巨人隊的Carl Hubbell做瞭一次實地的拍攝調查，並刊登在《生活》雜誌上。希望能以較為科學的方式，來裁定此有無麯球之爭議。畢竟眼見為憑，凍結時間演進的照片影像想當然爾是可以給我們較為仔細的端詳。(Fig.1-2)左邊的照片是Carl Hubbell所宣稱的麯球(curve ball)，右邊則是他的螺鏇球(screwball)。你覺得呢？

老實說，我花瞭不少的時間在這兩張照片上，去揣測棒球飛行的麯度。但怎麼看就像是兩顆直綫加速的筆直速球。怎麼會這樣呢？事實上，當年《生活》雜誌上的結論也是如此：雖然我們每一個人都可輕易地讓乒乓球或網球偏離常軌的飛行，但棒球太重瞭！麯球是不存在的–Blanton投齣的最佳麯球實際上是顆明顯下掉的直球；至於Hubbell，即便他投齣他所有的看傢本領，但終究僅是兩條直綫。

然而，物理學傢對這樣的結果並不買單，且很快地在隔年的美國物理期刊上刊載一篇由物理學傢Frank L.Verwiebe所寫的短文。文章的作者用一個非常簡單明瞭的實驗推翻掉生活雜誌上的結論。為追蹤棒球的飛行軌跡，作者在投手與本壘當中等距架設起數個垂直木框(Fig.1-3)，每個木框內都編上長寬間隙一吋的棉綫縴維，如此使棒球飛過木框後可在上麵留下行經時的確實位置，誤差一吋。然後比對棒球行經不同木框時所留下的位置，我們便可畫齣投手球路的飛行軌跡。

评分☆☆☆☆☆

我最近剛讀完《棒球物理大聯盟：王建民也要會的物理學(2版)》，老實說，這本書的封麵設計就已經足夠吸引我瞭！那個用棒球和綫條勾勒齣的“大聯盟”字樣，充滿瞭動感和力量，一看就知道內容絕對不一般。我平時對體育尤其是棒球算不上狂熱，但對一些背後的科學原理卻格外好奇，這本書恰好填補瞭我的這一塊空白。書的開篇就用非常生動形象的比喻，將那些抽象的物理概念與我們熟悉的棒球運動聯係起來，比如投球時球的鏇轉對軌跡的影響，或者擊球時球棒與棒球的碰撞原理。我記得其中有一章詳細講解瞭“空氣動力學”在棒球中的應用，作者用圖文並茂的方式展示瞭投球時空氣如何圍繞著鏇轉的棒球流動，以及這種流動如何産生升力或下壓力，讓球産生不可預測的“魔鬼”弧綫。這讓我恍然大悟，原來那些讓打者束手無策的變化球，背後有著如此精妙的物理學原理。而且，書中的語言風格非常輕鬆幽默，即使是對於初學者來說，也不會感到枯燥乏味。作者似乎深知如何抓住讀者的注意力，總能在關鍵時刻拋齣一個有趣的小故事或者一個令人驚嘆的事實，讓我忍不住想一口氣讀下去，去探尋更多棒球運動背後的奧秘。這本書真的顛覆瞭我對體育和科學之間關係的看法，讓我覺得物理學不再是高高在上的學科，而是存在於我們生活中的每一個角落，甚至是充滿激情的棒球場上。

评分☆☆☆☆☆

讓我感到驚喜的是，《棒球物理大聯盟：王建民也要會的物理學(2版)》中對於“受力分析”和“運動學”的講解，非常係統且易於理解。作者並沒有直接拋齣復雜的公式，而是從最基礎的力入手，逐步引導讀者去分析投球、擊球、接球等一係列動作中涉及到的各種力，比如重力、空氣阻力、球棒對球的力、以及球對球棒的反作用力等等。書中通過大量的示意圖，清晰地展示瞭力的方嚮和大小，讓我能夠直觀地理解每一個動作背後的物理原理。尤其是在分析擊球時，作者詳細講解瞭如何通過改變擊球點、調整棒球的揮動速度和角度，來最大化擊球的動量和能量傳遞，從而打齣更遠的距離。這對於我這樣曾經對棒球一竅不通的人來說，簡直是醍醐灌頂。而且，書中還把運動學的概念運用到棒球的軌跡預測上，讓我明白瞭為什麼有些球會飛得又高又遠，而有些球則會很快落地。作者還巧妙地將“拋體運動”的原理融入其中，解釋瞭投球和擊球的弧綫形成過程，讓我覺得仿佛置身於一個充滿智慧的棒球實驗室。這本書的價值在於，它不僅僅是知識的傳授，更是思維的啓迪，讓我學會瞭如何用科學的眼光去觀察和分析身邊的體育現象。

评分☆☆☆☆☆

這本書的另外一個亮點在於它對“摩擦力”和“阻力”的深入分析。我一直以為摩擦力隻是一個阻礙運動的力，但這本書讓我看到瞭它在棒球中的多重角色。在投球時，手套與球之間的摩擦力以及球的縫綫與空氣之間的摩擦力，都會影響球的初始速度和鏇轉。而在擊球時，球棒與棒球之間的摩擦力更是影響著擊球的效率和角度。作者通過模擬不同材質的球棒和球，來展示摩擦力對擊球結果的影響，這讓我意識到，原來選擇閤適的裝備，同樣是掌握物理學原理的體現。更讓我覺得驚奇的是，書中還詳細闡述瞭“空氣阻力”是如何影響棒球的飛行距離和速度的。我之前一直以為球越快飛得越遠，但這本書告訴我，空氣阻力會隨著速度的平方而增加，所以高速飛行的球會受到更大的阻力。這也就解釋瞭為什麼即使是力量再大的打者，也無法將球打齣無限遠。書中還提到瞭“馬格努斯效應”，也就是因為鏇轉而産生的額外升力或下壓力，這對於理解麯球、滑球等變化球的飛行軌跡至關重要。總的來說，這本書將那些枯燥的物理概念，通過棒球這個載體，變得生動有趣，而且充滿瞭啓發性。

评分☆☆☆☆☆

這本書最讓我印象深刻的是它對於“能量守恒”和“動量守恒”在棒球運動中的解讀。我一直以為這些是隻存在於教科書裏的理論，沒想到在棒球場上它們卻扮演著如此重要的角色。書裏花瞭相當大的篇幅來分析擊球瞬間，從揮棒的速度、角度，到棒球的質量、初速度，再到擊球點的位置，每一個細節都牽扯著能量的傳遞和動量的變化。作者通過大量的圖示和計算，清晰地展示瞭如何通過優化揮棒動作，讓能量更有效地傳遞給棒球，從而打齣更遠、更快的安打。我甚至開始懷疑，那些職業棒球選手是不是在不自覺地運用這些物理學原理？書中舉例說，當球棒擊中棒球時，能量會從球棒傳遞到棒球，而動量也會發生轉移。而且，作者還特彆強調瞭“反作用力”的概念，這對於理解投球的力量和速度有著至關重要的作用。當我讀到這裏時，我腦海裏立刻浮現齣王建民投齣那些強力直球的畫麵，感覺自己好像也理解瞭他手臂發力、全身協調的奧秘。更令人驚喜的是，書中並沒有止步於理論的講解，而是提供瞭很多可以通過觀察和簡單實驗來驗證的例子，甚至鼓勵讀者自己去動手測量，這讓我覺得這本書的實踐性非常強，不僅僅是紙上談兵。

评分☆☆☆☆☆

《棒球物理大聯盟：王建民也要會的物理學(2版)》讓我對“慣性”有瞭全新的認識。過去我對慣性的理解僅限於“物體保持原有運動狀態的性質”，但這本書通過棒球運動的場景，將這個概念具象化、生動化瞭。比如，在投球過程中，投手的手臂如何利用慣性來加速球，以及球離開手後的飛行軌跡如何受到慣性的影響。更讓我覺得奇妙的是，書中還探討瞭“角動量守恒”在棒球鏇轉中的作用。我從來沒想過，一個鏇轉的棒球，它的鏇轉速度會因為形狀或者空氣阻力的變化而産生奇妙的改變。作者用非常直觀的比喻，比如花樣滑冰運動員收攏身體會鏇轉得更快，來解釋角動量守恒的原理，並將這個原理巧妙地運用到解釋為什麼投手需要讓球鏇轉，以及不同鏇轉方式如何影響球的軌跡。這讓我對那些刁鑽的變化球有瞭更深的理解，原來它們不是靠“魔法”，而是靠著精確的物理學計算和運用。而且，書中還提到瞭一些關於球棒的設計，例如不同材質、長度和重量的球棒如何影響擊球效果，這背後同樣涉及到瞭慣性、力矩等物理概念。讀完這一部分，我感覺自己就像一個棒球場上的“物理偵探”，能夠發現隱藏在每一個精彩瞬間背後的科學原理。