Flödesmätningssystem vid Delft University of Technology mäter luftflödet av bollar i fri flygning. Kredit:Delft University of Technology
När Major League Baseball-säsongen drar igång är en brännande fråga för många fans av den tredje mest populära sporten i USA hur många homeruns de kommer att få se den här säsongen.
En ny laboratoriemetod använder en bollleverans med hög precision och hastighetsmätningssystem för att ge bättre ledtrådar om exakt hur högt och långt några av dessa basebollar kommer att flyga.
Rapportering i tidskriften, Applied Sciences , Washington State University och Delft University of Technology forskare beskriver den nya tekniken, som innebär att man skjuter basebollarna genom en rad sensorer och mäter förändringen i hastighet när de färdas längs en bana. Arbetet möjliggör mer precision än traditionella vindtunnelmätningar eftersom det inte kräver att bollen sitter på en uppflugen plattform, vilket skapar en liten men viktig felaktighet.
"Mitt labb råkar utföra det mest exakta testet i världen av den här fastigheten", säger Lloyd Smith, professor vid School of Mechanical and Materials Engineering och huvudförfattare på tidningen. "Det är inte många som bryr sig om lyft och drag till den nivå som vi gör, men folk bryr sig i basebollspel."
Även om baseboll är en populär sport, har de aerodynamiska egenskaperna hos basebollar inte förståtts fullt ut. Det visar sig att mycket små förändringar i drag kan ha stor betydelse i spelet, sa Smith.
För att säkerställa en enhetlig och konsekvent spelupplevelse använder Major League Baseball bara en tillverkare, Rawlings Sporting Goods, som följer strikta protokoll för att tillverka bollarna. Bollen har ett korkgummipiller insvept i tre lager av en specifik vikt av ull och täckt med läder. Konstruktionen av piller, ull och läder är noggrant definierade, mätta och kontrollerade – även färgen på gummit måste vara konsekvent. Mer än 200 personer arbetar för företaget bara för att noggrant sy sömmarna till basebollarna.
"Jag trodde aldrig i mina vildaste drömmar att jag skulle skilja mellan bukläder och ryggläder på en boll, men det är jag, och det visar sig att de två sorterna av läder är olika på en boll, och du kommer att hitta mindre mage läder än du skulle ha för några år sedan", sa Smith.
Allt mäts för att vara enhetligt, inklusive bollens vikt, storlek, hårdhet och elasticitet, och för att upprätthålla fair play kräver Major League Baseball-reglerna till och med att bollen endast används för ett spel innan den slängs.
Trots den likformigheten, från och med 2015 och med praktiskt taget samma baseboll, började träffarna göra mycket mer homeruns.
Hastighetsmätningssystem på WSU som mäter luftmotstånd. Kredit:WSU
"Antagandet var att om du gjorde bollen på samma sätt, att de egenskaperna alltid skulle komma ut på samma sätt," sa Smith. "Vi fick reda på att något förändrats."
När Major League Baseball-organisationen gav en panel i uppdrag att studera den oöverträffade och dramatiska förändringen, fann forskare att en liten minskning av bollens aerodynamiska motstånd på bara 3 % var ansvarig för den dramatiska förändringen i homeruns. De fann att en liten förändring i höjden på sömmarna i bollen kan ha orsakat åtminstone en del av förändringen.
Men under dessa undersökningar fastställde forskarna att vindtunnelmätningstekniker inte på ett adekvat sätt kunde fånga de små förändringarna i luftmotstånd som kan göra en enorm skillnad i homeruns. Vindtunnlar används för att mäta motståndskrafter i allt från flygplansvingar till bilar och cyklar, men de är inte idealiska för basebollar.
"Du måste hålla i bollen på något sätt", sa Smith, "och det betyder att det alltid kommer att finnas en del ofullkomlighet när du använder en vindtunnel för att mäta luftmotståndet."
Med sitt laserstyrda hastighetsmätningssystem kunde forskarna exakt mäta förändringar i hastighet och sedan bestämma acceleration, krafterna på bollen och dess lyft och drag.
"Vi var tvungna att gå tillbaka och titta på vad vi kan göra för att göra detta ännu mer exakt, och det gjorde vi," sa Smith. "Det har inte varit enkelt att göra, och vi spenderar mycket tid på att kalibrera varje dag bara för att se till att våra sensorer talar om för oss vad vi tror att de är, men vi tror nu att motståndsmätningarna vi gör går för att kunna slå larm om det sker en förändring."
Eller om spelarna börjar slå ut bollar ur parken.
Teknikerna kan användas för andra tillämpningar inom ett antal sporter, från cricket till fotboll, sa Smith. När allt kommer omkring är aerodynamik viktig för att vinna spel.
"Mycket små skillnader kan göra stor skillnad", sa han. + Utforska vidare
