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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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【鉄道ファン必見】

 JR東日本の「山梨・中央線キャンペーン」で、29日から2週にわたって土日曜日計4日間、甲府〜小淵沢(39・6キロ)間を走る蒸気機関車「D51形498号機」の試乗会が27日、報道機関や沿線の市町村関係者を集めて開かれた。記者も試乗した。

  [フォト]終着駅の小淵沢に到着したD51

 普段同区間を走る普通電車だと所要時間は約40分間だが、D51では1時間半を要する。甲府盆地から八ケ岳山麓にかけて標高差が約600メートルの上り坂となっているためだ。客車4両の連結では時速35〜40キロが限界という。だが新緑の風景がゆっくりと流れる車窓がかえって旅情をかきたてる。鉄道員の格好も詰め襟の作業服姿で帽子のあごひもを着用して、往時をしのばせる。車内では要所要所で観光アナウンスが流れる。韮崎駅では「ここは武田(信玄)氏発祥の地。右手前方には八ケ岳が」という調子だ。

 参加者に地元甲斐市の保坂武市長の姿があった。SLが同区間から姿を消して45年。「10歳ぐらいのとき日野春から韮崎までよく機関車に乗った記憶がありますよ。家にいても汽笛がよく聞こえて。石炭のにおい、煙のにおいがなつかしいね」。SLがしばし童心に返してくれたようだ。

 今回の車両編成は先頭のD51に客車4両、後尾にディーゼルカー。韮崎からの急勾配(こうばい)にはディーゼルカーが後押し。出力を高めるためD51のはき出す煙が急に増す。沿線では住民が手を振りD51を迎え、重低音の汽笛でD51が答えた。

 D51を運行するJR高崎運輸区の説明だと、甲府から小淵沢まで走るのに石炭2トンを燃やした。石炭庫には8トンを乗せている。計算すると一気に160キロ走れる計算だが、「水がたりなくなる」ため途中で給水が必要になるという。

 甲府駅を午前10時2分に出発して、小淵沢駅には定時の同11時33分到着。試乗会走行を終えた井草真二運転士(52)は「2・5%の上り勾配を運転したのは初めて。いい経験をさせてもらった」と話し、高崎運輸区のスタッフに整備してもらい、「D51のコンディションはいい」と周囲のスタッフに配慮した。沿線にはSL走行45年ぶりとあって多くの住民が手を振ってくれると「うれしくて、汽笛を鳴らして答えてます」とも話した。SL運行は人気で、運よく指定券が買えた人には「ぜひ窓を開けてD51の音を楽しんで」と加えた。

 小淵沢駅に到着すると、はっぴ姿の北杜市消防団小淵沢分団員がいた。聞くとSL給水のお手伝いだと。22日から続く試運転と本番4日間に、ポンプ車を構内に持ち込み3〜4人が出動して給水作業を続ける。華々しい観光キャンペーンにはこうした人たちの裏支えがあったんだ。(牧井正昭)

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