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【科学】「ブレ球」に迫る 無回転シュート ボール後方に渦(産経新聞)

 ほぼ無回転のシュートが、不規則に軌道を変化させてゴールを襲う。熱戦が始まったサッカーのワールドカップ(W杯)南アフリカ大会。見どころの一つは、世界の一流選手たちが繰り出す「ブレ球」と呼ばれるシュートだ。きょう14日、カメルーン戦に臨む日本代表では、本田圭佑選手が得意としている。無回転のシュートはなぜ、魔球のように球筋を変えるのか−。流体力学が専門の福岡工業大、溝田武人教授に「ブレ球」のメカニズムを解説してもらった。(中本哲也)

 ◆ナックルとの違い

 溝田教授の研究室では、野球のナックルやジャイロ(縦のスライダー)、サッカーの弱回転シュートなどの研究に取り組んできた。ビルや橋脚への空気や水の渦の影響を研究していた溝田教授は「スポーツの変化球を空気の流れが振動する問題としてとらえると、面白いことが次々とわかってきた」と語る。

 たとえば、野球のナックルとサッカーのブレ球は、どちらも「不規則に軌道が変化する無回転ボール」だが、そのメカニズムは違う。ナックルの場合は、ボールの縫い目で発生する空気の乱れ(乱流)によってボールの後ろの気流の尻尾が振られ軌道を変える。直球に比べると遅いボールが揺れるように変化する。

 これに対して、サッカーの無回転シュートはスピード豊かだ。「ブレ」を生じさせるのは、気流の速度差によってボール後方の表面にできる空気の渦だという。

 ◆再現実験

 溝田研究室では、回転数をほぼ無回転に調節できる発射装置や落下実験でボールのブレを再現し、風洞実験などで空気の流れやボールに加わる力を解析した。

 屋内での発射実験では、初速が時速82キロの無回転ボールが、大きくうねるような軌道を描いた。

 また、阿蘇長陽大橋(熊本県)で行った高さ65メートルからの落下実験では、サッカーボールとバレーボールが特に大きく不規則に変化した。野球ボールの場合は、縫い目がある普通球は変化するが、同じ重さ、大きさの縫い目のないボールは変化しなかった。

 これらの結果から、サッカーのブレ球を生む空気の渦の発生メカニズムは「飛行機雲を発生させる翼端渦に近いと考えられる」(溝田教授)という。

 ◆球速が変化を生む

 翼端渦は、文字通り「両翼の端に発生する空気の渦」のこと。溝田教授によると、高速で飛ぶ飛行機の近くの空気の流れは、飛行機に対して高速の気流と、翼表面で相対速度がゼロに近い「境界層」の2層に分かれる。境界層が翼の端で機体から離れるとき、高速の気流とはすぐに合流できずに翼端渦を作る。

 翼のないサッカーボールでも、境界層はできる。ボール前方の境界層は後方に巻き込まれ、ボールからはがされるときに表面に馬蹄(ばてい)形のような一対の渦を作るという。回転数が少ない球形のボールでは、渦ができる場所と大きさが安定しないので、ボールに加わる空気の力が急激に変化し、軌道を不規則に変える。

 回転数が多いと渦の位置が安定し、ブレ球にならない。溝田教授は「球速が速いほど、強い渦ができる。だから、強烈な無回転シュートほど大きく変化する」と説明する。

 日本−カメルーン戦の会場は標高1400メートル。標高はシュートの軌道にどんな影響を及ぼすのか。溝田教授は「ブレ球も回転系のシュートも、変化の原因は空気力。空気密度が薄い高地では初速が落ち難くなる。その結果、平地に比べてボールは伸びる。プレーヤーは球速が速い分だけ、鋭く曲がると感じるだろう」と話した。

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