棒球物理大联盟：王建民也要会的物理学(2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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离垒距离对盗垒真的重要吗？
　　挥棒要多快？角度要多少才能击出全垒打？
　　什么叫投手的球路会跑？
　　球来就打！是真的吗？变化球怎么打？
　　球棒的甜蜜点到底在哪里？

　　你不能不知道的棒球知识，带你一窥真正的棒球原理！
 
　　前耶鲁大学校长，后转任大联盟执行长，亦是波士顿红袜迷的的巴特‧吉雅玛堤（Bart Giamatti）曾如此描述：「芬威球场上没有廉价的全垒打，但所有全垒打所隐含的物理定律都与其所划出的弧线同等高雅。」极富诗意的体认，谁说物理学会是抽象的学科？举凡是高飞球的弧线、投手的球路轨迹、二缝线球、四缝线球、或是球棒甜蜜点的位置等等，无一不可用物理学原理来给予解释。
     
　　棒球场就如同一个展示物理定律的奇幻舞台！只是大半的棒球迷忘了如何去欣赏这舞台上的展演。或许是过往学校课堂黑板上的物理公式太过冰冷，而无法吸引一般人的目光？没关系，就让这本书以抽丝剥茧的方式替所有的棒球迷上一堂你所会感兴趣的物理课，并在棒球点滴之间揭开隐藏于棒球现象背后的科学原理。相信这本书会让你激发出另一种观看棒球的角度，甚至于对物理学也能多出一分好感，进而去追寻事物背后的基本道理？

深入探索运动的奥秘：体育运动中的物理学原理 图书名称：《运动的极限与平衡：从基础力学到前沿应用》 作者： [此处可填写一位假设的知名运动科学家或资深体育物理学家的名字] 出版社： [此处可填写一家专业的科技或体育教育出版社] 版次： 初版 ISBN： [此处可填写一组假设的ISBN号码] --- 内容简介 本书旨在为体育教育工作者、运动科学专业学生、职业运动员乃至所有对运动原理抱有好奇心的读者，提供一个全面、深入且富有洞察力的体育运动物理学视角。我们不再将运动视为单纯的技巧展示，而是将其还原为一系列可被精确分析和理解的物理现象。全书从经典力学的基石出发，层层递进，最终探讨到尖端生物力学和数据分析在现代体育中的应用，旨在揭示“如何跑得更快”、“如何跳得更高”、“如何投得更远”背后的科学逻辑。 第一部分：运动的基石——经典力学在人体中的体现 本部分是理解所有运动现象的基础，专注于牛顿三大定律在人体运动系统中的具体表现和量化分析。 第一章：质点与刚体——人体的模型化 重心（Center of Mass, COM）的定位与控制： 详细讨论了如何在不规则的运动中准确计算人体的重心位置，及其对稳定性和运动效率的影响。例如，在体操和平衡木项目中，重心如何精确地保持在支撑面的狭小区域内。 惯性、质量与动量： 分析了质量在不同运动阶段（加速、匀速、减速）中对表现的制约作用。重点解析了动量守恒在短跑起跑和拳击出拳过程中的核心地位。 刚体与形变： 区分人体作为刚体（用于计算整体运动）和柔性体（用于分析关节活动）的角色。引入了转动惯量（Moment of Inertia）的概念，解释为何运动员需要收紧身体来增加旋转速度，以及伸展身体来减慢旋转速率的物理学原理。 第二章：力、功与能量的转换 外力和内力： 明确区分作用于人体的外部环境力（如重力、地面反作用力、空气阻力）与人体内部肌肉产生的驱动力。 地面反作用力（Ground Reaction Force, GRF）： 这是理解行走、跑步和跳跃的钥匙。本书详细分析了GRF随时间变化的曲线（即力-时间曲线），展示了如何通过优化触地时间来提高跑步经济性或最大化垂直跳跃高度。 功与能的转化效率： 探讨了机械能（动能和势能）在周期性运动（如自行车、游泳）中的转换效率。引入了“能量回收”的概念，解释了弹性形变（如肌腱的拉伸与回缩）如何储存和释放能量，从而减少肌肉的额外做功。 第三章：旋转动力学与角动量 扭矩与力矩： 阐述了如何通过施加有效的力矩来产生或改变旋转运动。在投掷类运动（如标枪、铅球）中，起始角度和释放速度的物理关系。 角动量守恒的应用： 深入剖析了花样滑冰的旋转、跳水的三周半、以及体操的空翻动作，如何利用身体形态的变化来精确控制角速度。这部分内容将配有详细的数学推导，解释“抱膝”和“伸展”动作的速率变化因子。 第二部分：流体与固体的交互——环境阻力与运动优化 人体运动很少在真空中进行。本部分聚焦于运动中不可避免的环境阻力以及运动员如何与介质（空气或水）进行高效互动。 第四章：空气动力学基础 阻力与升力： 系统介绍阻力（Drag）和升力（Lift）的物理定义。重点分析了迎角（Angle of Attack）对升力和阻力的影响，这在自行车冲刺和高尔夫球的后旋中至关重要。 湍流与层流： 解释了如何通过服装设计、姿态调整（如自行车计时赛的低趴姿势）来减少高雷诺数下的湍流阻力，实现空气动力学的优化。 投掷中的空气影响： 深入分析了球类运动中（如棒球、足球）的马格努斯效应（Magnus Effect），即旋转如何产生侧向或垂直的升力/偏转力，从而实现曲线球或上旋发球。 第五章：水动力学原理 浮力与浸没： 阐述了阿基米德原理在游泳中的应用，以及如何通过身体姿态来最小化无效的垂直运动，将更多能量导向水平推进。 推进力与阻力平衡： 详细分析了自由泳、蛙泳等不同泳姿的划水动作产生的有效推进力矢量，与水阻力矢量之间的关系。重点探讨了“抓水”和“推水”过程中，手的有效作用面积和速度对C_d值的影响。 第三部分：生物力学与运动测量 本部分将物理学分析与生物学结构相结合，探讨人体如何作为高效的生物机械系统运作，并引入现代技术手段进行量化评估。 第六章：运动生物力学基础 杠杆系统分析： 将骨骼、关节和肌肉视为复杂的杠杆系统。分析不同关节（如膝关节、踝关节）的力臂和力矩效率，解释为何某些技术动作对特定关节的负荷更大。 肌肉的张力与做功速率： 结合生理学知识，讨论肌肉收缩的特性（如长度-张力关系），以及如何利用快速的等张收缩和等长收缩来实现爆发力输出。 第七章：动态平衡与姿态控制 稳定性的物理量化： 探讨了静态稳定性（如举重抓举的锁定瞬间）和动态稳定性（如跑步中的侧向调整）所需的最小支撑面和最大允许姿态偏移。 反馈与控制： 从控制论角度分析了本体感受器（Proprioception）如何向中枢神经系统提供实时数据，使身体能够瞬间调整支撑面和力量输出以维持平衡。 第八章：数据驱动的运动分析 运动捕捉技术（Motion Capture）的物理解读： 介绍如何利用高精度传感器记录运动轨迹、速度、加速度和角速度数据，并将这些原始数据转化为有意义的物理参数（如冲击载荷、关节力矩）。 损伤力学与预防： 分析了重复性应力损伤（如应力性骨折）和急性损伤的物理成因，包括载荷的峰值速度和累积疲劳对组织临界点的改变。本书提供了基于物理模型预测高风险动作的框架。 结论：物理学指导下的训练革新 本书最终总结了如何将这些物理原理转化为可操作的训练指导。通过理解运动的物理本质，运动员和教练可以超越“感觉”，建立基于精确力学模型的训练方案，从而实现更安全、更高效的运动表现提升。本书配有大量图表、案例分析和定量计算示例，确保理论与实践的无缝对接。

作者简介

李中杰

　　真理大学教授

第一章 球迷间的传闻

第二章 力学初探
2.1 笛卡儿座标系与物体的位置
2.2 物体的速度
2.3 物体的加速度
2.4 位置向量、速度与加速度间的关系
2.5 盗垒
2.6 牛顿的三个运动定律
2.7 牛顿之重力理论
2.8 理想状况下的棒球飞行

第三章 作用于棒球上的力
3.1 「飞行」棒球上的力有哪些？
3.2 空气是一流体
3.3 「流体力学」的小简介
3.4 棒球飞行的流体力学
3.5 马格纳斯力的方向 
3.6 作用于飞行棒球上之力的表示式
3.7 阻力系数的大小
3.8 马格纳斯系数的大小
3.9 再看棒球飞行时所受到的力
3.10 附录：白金汉Pi定理

第四章 棒球的飞行
4.1 拉普拉斯之梦
4.2 空气阻力对棒球飞行轨迹的影响
4.3 马格纳斯力对棒球飞行轨迹的影响
4.4 赵士强的那一球
4.5 外野边线的强劲飞球
4.6 再看内野高飞球
4.7 环境与场地效应

第五章 投手的技俩
5.1 莱恩特快车
5.2 投球前的须知
5.3 球种介绍
5.4 物理学家眼中的投手技俩
5.5   GAMEDAY–PITCH f/x系统
5.6   PITCH f/x对球种的分析
5.7 王建民得意与难过的一天
5.8   PITCH f/x下的蝴蝶再现
5.9 口水球

第六章 球来就打…变化球怎么打
6.1 打击者的难处
6.2 红线密码

第七章 棒球的特性
7.1 棒球的演进
7.2 棒球的反弹系数
7.3 能量的概念
7.4 细看棒球的反弹过程
7.5 反弹系数与能量的关系
7.6 影响棒球反弹系数的其它因素

第八章 球棒的特性
8.1 球棒的历史
8.2 影响球棒好坏的因素
8.3 球棒的轻重与挥棒难易度
8.4 质量中心
8.5 力矩与转动惯量
8.6 握长棒vs.握短棒
8.7 球棒的转动惯量
8.8 挥棒速度
8.9 附录：估算球棒转动惯量的简单模型

第九章 打击出去
9.1 打击者对球棒的选择
9.2 理想状况下两物体间的正向碰撞
9.3 球棒与球的接触
9.4 球棒击球时的有效质量(证明)
9.5 球棒的反弹率
9.6 打击出去的棒球可飞多快？
9.7 打击所造成的球自旋现象

第十章 细看球棒遇见球
10.1 「.406」
10.2 木棍被敲击后的振盪模式
10.3 球棒遇见球后的震盪模式与球棒的「甜蜜点」
10.4 球棒与球的接触时间
10.5 外野手的防守
10.6 再看球棒的「甜蜜点」–撞击中心
10.7 何处是球棒的「甜蜜点」？
10.8 弹簧垫效应
10.9 加料球棒
10.10 Ted Williams的最后一击

图片出处

序

棒球与我

　　还记得你国小毕业时的身高吗？印象中，到了小五，班上总是有几位特别高大的女同学，一点也不像是我们的同班同学。她们的功课好像都还不错，与老师交好，却不太与我们打交道。身高俨然成了划分朋友族群上的一项指标。其实这也不坏，小孩世界中的自然归属，反可确保许多游戏的可行性。设想一下身高一百六与一百三间的杀刀对决，一百三的即便伸长了手臂也是难以贴近攻击。这杀刀游戏还算好，若是玩起躲避球，或是篮球这类的运动就更难堪了。还好，相较于我们大人的世界，小孩子总是单纯又善良，同学间虽然有不同的玩伴群体，但也相安无事，身高不是问题。

　　想想缺乏电玩的年代，反倒是让小朋友有较多的群体活动。再加上当时我们国家特有的少棒文化，许金木、涂忠男、李居明、徐生明、叶志仙等等的少棒国手都成了我们家喻户晓的民族英雄。虽不曾谋面，但他们却活生生地活在每位活泼乱跳的男孩周遭。无论是角色扮演，或是模仿对象，棒球也是我的生活重心。

　　就在一天的朝会中传来一个可喜又期待的消息，荣工少棒队要来我们学校招募球员。虽然当时的荣工队在我们眼中并不光彩，几年前他们居然在没人看好的情况下，打败了全国公认的最强队伍，拿了代表权。这也就算了，反正他们真的是拿到了参赛远东区少棒赛的代表权，但不怎么强的印象却在远东区的赛事中原形毕露，输掉了我们已习惯的冠军头衔。哎！就如此，几年前的他们可是被我们大伙给骂惨了，还记得他们的王牌投手就是陈义信。可真没想到当年的败将，日后可是摇身一变，成了「假日飞刀手」，还迷死众多的死忠象迷。回归正题，朝会的消息可是一个千载难逢的机会，或许我也可成为新一代的国家英雄。

　　单单为了报名，我与同伴还到河滨公园练投恶补一阵。报名选秀的日子一天天的接近，兴奋与紧张的心情也与日俱增。可怜的我，怎么会单纯地认为五年级的我，就得承担起人生命运转泪的压力。不管怎么说，一切都准备好了！世界即将在我手中的球上展开，一切都准备好了！但就在我踏上那条报名的线上时，一个可恶的告示牌就站立在报名线上，写着身高一百五十公分以上的报名资格。这条规定对我既不公平也无理！

　　小学毕业，一百四十一公分，印象深刻的长度，与一百五十公分的差别，对我来说，可不仅是短短的九公分长。失望、气愤等等不爽的情绪无一缺少，谁说用功努力就可达成一切，当下所面对的事实是连报名的资格都没有，我的身手他们可是连一眼也没看过。

　　时间飞快地过了数十年，期间随着国球的荣辱起浮，我的心也不免随之起浮。虽然偶尔还是会有个当球员明星的幻想，但不可否认地，棒球的热度已远非我生活的重心，即便她甜甜的气味，仍三不五时地飘逸在我周遭，那是一种淡淡的香味，一种不会因雨而散去的清香。对了，我想说的是，在我现在每天得待上好几小时的书桌上，有一颗不经意把玩几下的棒球，与物理为伴，又喜欢数字的堆积。若你认识我，一定也会听到我叙说我所开设的一门「不打棒球的棒球课」，及一堆的棒球经。棒球之于我，这就够了！再说人间本就没有真正的公平，这点在我小学五年级的选秀报名会上可就体验到了。然而，多年下来从我的棒球路上，所学习到的人生课题是遇见不平也不必过度的气馁，一条绝路之后，上天总是会留下另一条出路给我们，且看现今我与棒球的交情，绝对会比我当年真地当起一个棒球员来得好，这点我深信着。

真的有曲球这回事吗？相信今天已没有人会去怀疑曲球的存在。但五十年或是一百年前呢？是否有曲球这档事可就不再是那么肯定了。甚至在1941年的《纽约客》杂志上还出现一篇老球探写的文章，声称世间根本没有所谓的曲球，球场上的每一个人都知道！至于为什么会有这曲球的传闻，仅是棒球人士喜欢暗藏玄机。如此不是让球赛更有趣吗？可想而知，这篇文章在刊出后引起不小的骚动，正反意见又吵成一堆。怎么会这样呢？或许科学上的实验检视可解决此纷争。于是《生活》杂志便邀请了摄影师Gjon Mili利用当时正红的快速闪光照像术 (high-speed stroboscopic lighting technique) 对当时大联盟的两位投手–费城菲立队的Cy Blanton与纽约巨人队的Carl Hubbell做了一次实地的拍摄调查，并刊登在《生活》杂志上。希望能以较为科学的方式，来裁定此有无曲球之争议。毕竟眼见为凭，冻结时间演进的照片影像想当然尔是可以给我们较为仔细的端详。(Fig.1-2)左边的照片是Carl Hubbell所宣称的曲球(curve ball)，右边则是他的螺旋球(screwball)。你觉得呢？

老实说，我花了不少的时间在这两张照片上，去揣测棒球飞行的曲度。但怎么看就像是两颗直线加速的笔直速球。怎么会这样呢？事实上，当年《生活》杂志上的结论也是如此：虽然我们每一个人都可轻易地让乒乓球或网球偏离常轨的飞行，但棒球太重了！曲球是不存在的–Blanton投出的最佳曲球实际上是颗明显下掉的直球；至于Hubbell，即便他投出他所有的看家本领，但终究仅是两条直线。

然而，物理学家对这样的结果并不买单，且很快地在隔年的美国物理期刊上刊载一篇由物理学家Frank L.Verwiebe所写的短文。文章的作者用一个非常简单明了的实验推翻掉生活杂志上的结论。为追踪棒球的飞行轨迹，作者在投手与本垒当中等距架设起数个垂直木框(Fig.1-3)，每个木框内都编上长宽间隙一吋的棉线纤维，如此使棒球飞过木框后可在上面留下行经时的确实位置，误差一吋。然后比对棒球行经不同木框时所留下的位置，我们便可画出投手球路的飞行轨迹。

评分☆☆☆☆☆

让我感到惊喜的是，《棒球物理大联盟：王建民也要会的物理学(2版)》中对于“受力分析”和“运动学”的讲解，非常系统且易于理解。作者并没有直接抛出复杂的公式，而是从最基础的力入手，逐步引导读者去分析投球、击球、接球等一系列动作中涉及到的各种力，比如重力、空气阻力、球棒对球的力、以及球对球棒的反作用力等等。书中通过大量的示意图，清晰地展示了力的方向和大小，让我能够直观地理解每一个动作背后的物理原理。尤其是在分析击球时，作者详细讲解了如何通过改变击球点、调整棒球的挥动速度和角度，来最大化击球的动量和能量传递，从而打出更远的距离。这对于我这样曾经对棒球一窍不通的人来说，简直是醍醐灌顶。而且，书中还把运动学的概念运用到棒球的轨迹预测上，让我明白了为什么有些球会飞得又高又远，而有些球则会很快落地。作者还巧妙地将“抛体运动”的原理融入其中，解释了投球和击球的弧线形成过程，让我觉得仿佛置身于一个充满智慧的棒球实验室。这本书的价值在于，它不仅仅是知识的传授，更是思维的启迪，让我学会了如何用科学的眼光去观察和分析身边的体育现象。

评分☆☆☆☆☆

我最近刚读完《棒球物理大联盟：王建民也要会的物理学(2版)》，老实说，这本书的封面设计就已经足够吸引我了！那个用棒球和线条勾勒出的“大联盟”字样，充满了动感和力量，一看就知道内容绝对不一般。我平时对体育尤其是棒球算不上狂热，但对一些背后的科学原理却格外好奇，这本书恰好填补了我的这一块空白。书的开篇就用非常生动形象的比喻，将那些抽象的物理概念与我们熟悉的棒球运动联系起来，比如投球时球的旋转对轨迹的影响，或者击球时球棒与棒球的碰撞原理。我记得其中有一章详细讲解了“空气动力学”在棒球中的应用，作者用图文并茂的方式展示了投球时空气如何围绕着旋转的棒球流动，以及这种流动如何产生升力或下压力，让球产生不可预测的“魔鬼”弧线。这让我恍然大悟，原来那些让打者束手无策的变化球，背后有着如此精妙的物理学原理。而且，书中的语言风格非常轻松幽默，即使是对于初学者来说，也不会感到枯燥乏味。作者似乎深知如何抓住读者的注意力，总能在关键时刻抛出一个有趣的小故事或者一个令人惊叹的事实，让我忍不住想一口气读下去，去探寻更多棒球运动背后的奥秘。这本书真的颠覆了我对体育和科学之间关系的看法，让我觉得物理学不再是高高在上的学科，而是存在于我们生活中的每一个角落，甚至是充满激情的棒球场上。

评分☆☆☆☆☆

《棒球物理大联盟：王建民也要会的物理学(2版)》让我对“惯性”有了全新的认识。过去我对惯性的理解仅限于“物体保持原有运动状态的性质”，但这本书通过棒球运动的场景，将这个概念具象化、生动化了。比如，在投球过程中，投手的手臂如何利用惯性来加速球，以及球离开手后的飞行轨迹如何受到惯性的影响。更让我觉得奇妙的是，书中还探讨了“角动量守恒”在棒球旋转中的作用。我从来没想过，一个旋转的棒球，它的旋转速度会因为形状或者空气阻力的变化而产生奇妙的改变。作者用非常直观的比喻，比如花样滑冰运动员收拢身体会旋转得更快，来解释角动量守恒的原理，并将这个原理巧妙地运用到解释为什么投手需要让球旋转，以及不同旋转方式如何影响球的轨迹。这让我对那些刁钻的变化球有了更深的理解，原来它们不是靠“魔法”，而是靠着精确的物理学计算和运用。而且，书中还提到了一些关于球棒的设计，例如不同材质、长度和重量的球棒如何影响击球效果，这背后同样涉及到了惯性、力矩等物理概念。读完这一部分，我感觉自己就像一个棒球场上的“物理侦探”，能够发现隐藏在每一个精彩瞬间背后的科学原理。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另外一个亮点在于它对“摩擦力”和“阻力”的深入分析。我一直以为摩擦力只是一个阻碍运动的力，但这本书让我看到了它在棒球中的多重角色。在投球时，手套与球之间的摩擦力以及球的缝线与空气之间的摩擦力，都会影响球的初始速度和旋转。而在击球时，球棒与棒球之间的摩擦力更是影响着击球的效率和角度。作者通过模拟不同材质的球棒和球，来展示摩擦力对击球结果的影响，这让我意识到，原来选择合适的装备，同样是掌握物理学原理的体现。更让我觉得惊奇的是，书中还详细阐述了“空气阻力”是如何影响棒球的飞行距离和速度的。我之前一直以为球越快飞得越远，但这本书告诉我，空气阻力会随着速度的平方而增加，所以高速飞行的球会受到更大的阻力。这也就解释了为什么即使是力量再大的打者，也无法将球打出无限远。书中还提到了“马格努斯效应”，也就是因为旋转而产生的额外升力或下压力，这对于理解曲球、滑球等变化球的飞行轨迹至关重要。总的来说，这本书将那些枯燥的物理概念，通过棒球这个载体，变得生动有趣，而且充满了启发性。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我印象深刻的是它对于“能量守恒”和“动量守恒”在棒球运动中的解读。我一直以为这些是只存在于教科书里的理论，没想到在棒球场上它们却扮演着如此重要的角色。书里花了相当大的篇幅来分析击球瞬间，从挥棒的速度、角度，到棒球的质量、初速度，再到击球点的位置，每一个细节都牵扯着能量的传递和动量的变化。作者通过大量的图示和计算，清晰地展示了如何通过优化挥棒动作，让能量更有效地传递给棒球，从而打出更远、更快的安打。我甚至开始怀疑，那些职业棒球选手是不是在不自觉地运用这些物理学原理？书中举例说，当球棒击中棒球时，能量会从球棒传递到棒球，而动量也会发生转移。而且，作者还特别强调了“反作用力”的概念，这对于理解投球的力量和速度有着至关重要的作用。当我读到这里时，我脑海里立刻浮现出王建民投出那些强力直球的画面，感觉自己好像也理解了他手臂发力、全身协调的奥秘。更令人惊喜的是，书中并没有止步于理论的讲解，而是提供了很多可以通过观察和简单实验来验证的例子，甚至鼓励读者自己去动手测量，这让我觉得这本书的实践性非常强，不仅仅是纸上谈兵。