クエリ: 野球の変化球のように、流体中を回転しながら移動するボールの進行方向が変化する現象を、ドイツの科学者の名前から何効果という?
文章: ナックルボール ナックルボールにはマグヌス効果による揚力がほとんど働かず、フォークボールのように縦に落ちる。球が完全に無回転であれば落下するのみであるが、リリースからホームベースまでに4分の1から1回転とわずかに回転することで空気にぶつかる縫い目の位置が不規則に変化し続け、この縫い目と空気抵抗による不規則な後流の変化が球の軌道を不規則に変化させる。ナックルは左右の変化が顕著だが、縫い目の効果は上下にも作用しており、さらには縫い目の位置によって後流の大きさも変化するために減速効果も変化してボールの速度も乱れることになり、上下左右前後あらゆる方向に不規則に変化している。また、完全に無回転な球が投げられても空気と縫い目の一つが最初にぶつかることで球は緩やかに回転を始めるとされている。この原理からナックルは極僅かな回転と縫い目の向きが重要だとされる。
文章: ロスビー数 ロスビー数とは、地球流体力学など回転系の流体力学における非線形性を示す無次元量である。この名は、気象力学の発展に寄与し「近代気象学の父」とも呼ばれるカール=グスタフ・ロスビーに因んだものである。ロスビー数はコリオリの力と慣性力の比で現され、地球流体力学においては R o = U f L で与えられる。ここでU、Lはそれぞれ現象を代表する流速と水平方向の長さスケールであり、fはコリオリパラメータである。また、これとは別に時間ロスビー数が定義されることもある。これはコリオリの力と現象の時間変化(代表的時間スケールをTと置く)の比で、 R T = 1 f T で与えられる。 ロスビー数が小さい現象では非線形の効果は無視でき、流れの場は地衡流の関係になる。一方、台風のような現象ではロスビー数は1を越えるため、非線形効果の解釈が重要になる。 文章: 魔球 水島新司の『ドカベン』など、それなりに現実に即した野球漫画が主流になると、魔球もあくまで変化球の一種として描かれるようになる。たとえば水島作品にも「ドリームボール」や「さとるボール」「超遅球」といった魔球が登場するが、それぞれボールが揺れるフォークボールやシンカー、絶妙のチェンジアップというだけである。水島は奇抜な変化で打者を打ち取るより、「決め球に使ってくると思っている魔球をあえて初球の見せ球にする」「投げる、投げると思わせておいて別の球で打たせて取る」「そんな魔球が本当にあるのかどうか打者を疑心暗鬼にさせる」など、魔球の描写に配球の駆け引きや心理戦を持ち込み、魔球の描写に新境地を与えた。 さらに進んで、1980年代にはあだち充の『タッチ』に代表されるような、勝負の行方やプレイそのものより野球を通じた人間関係を重視した野球漫画が主流になり、魔球は野球漫画における地位を下げてゆく。まれに登場はするものも、現実に新しく開発された新変化球に作中で別の名前をつけて魔球として扱っているだけであったり、一種のパロディやオマージュとしてであることが多く、漫画の主題にはなりえなくなった。東野圭吾のミステリー小説『魔球』のように魔球自体を題材にした作品も登場したが、作中で主人公・須田武志が投げる揺れる魔球アシ・ボールも決して現実離れしたものではなく、魔球誕生のエピソードはアトランタ・ブレーブスのボブ・ウィックマンと共通のものである。 1990年代後半に入ると再び、現実離れした魔球が登場する。現実において変化球の科学的な分析が進んでいることを受けて、『Dreams』では魔球に流体力学などの科学的な説明を加えており、真実味を持たせようとしている。『Dreams』における魔球の位置づけとしては『ドカベン』以前にあったような、魔球の攻略が勝敗に大きく関わるというもので、攻略されるまでは絶対的な武器として多投している。 文章: プルフリッヒ効果 ドイツの物理学者カール・プルフリッヒが1922年に発見した。この錯視は、暗いところで物を見た時に、明るいところで見た時よりも脳での知覚が遅れることに由来する。専門的に言うと、脳の視覚野において、低輝度の画像を処理する時間の方が、高輝度の画像を処理する時間よりも長くかかる。そのため、片目の視野だけを暗くし、運動する物体を見た場合、暗い方では明るい方と比べて一瞬前の物体の映像が知覚され、その両目での知覚のズレが「視差」として感じられる。 文章: トルク 回転運動に関する量には、直線運動で成り立つ法則に対応する類似の法則を見出すことができる。これは法則が似るように回転運動での量を定義したものだからである。トルクは「力」そのものではなく「力のモーメント」であり、慣性モーメントは質量に距離の2乗をかけたものである。 文章: ボールの跳ね返り運動 地面に衝突すると、ボールの衝突角度や角速度に応じて、並進運動エネルギーの一部が回転運動エネルギーに変換されたり、あるいは逆に回転運動エネルギーの一部が並進運動エネルギーに変換されることがある。ボールが衝突時に地面と水平の方向に動く場合、摩擦力はボールの進行方向と反対の向きの「並進」成分を持つ。上の図では、ボールは右に移動しているため、摩擦力はボールを左に押す向きの並進成分を含む。さらに、ボールが衝突時に回転している場合、摩擦力はボールの回転と反対の向きの「回転」成分を持つ。この図では、ボールは時計回りに回転しているため、地面と衝突する点は、ボールの重心に対して左に移動している。したがって、摩擦の回転成分はボールを右に押す向きに働くことになる。垂直抗力や重力とは異なり、これらの摩擦力はボールにトルクを及ぼし、ボールの角速度(ω)を変化させる作用がある。 ボールの回転の影響については以下のような事例が考えられる。 地面が角度θだけ傾斜している場合、ボールに働く力などを含め全体が角度θだけ回転するが、重力だけは変わらず鉛直下向きに作用する(すなわち、地面と角度θをなす方向)。このとき、重力は地面に平行な成分を持つため、その成分が摩擦に寄与しボールの回転にも寄与する。 文章: チェンジアップ 里崎智也によるとアメリカ球界ではそれこそ一家に1つのレベルで握りのバリエーションが存在しており、野球をやる家庭では父親が子供に一子相伝するものだという。 速球より回転が少なく球速も遅いため、減速しつつ沈む軌道になる。回転の向きがバックスピンから傾いて横回転が加わっていれば右か左に曲がりながら沈む。変化よりも打者に速球と誤認させることが重視され、速球との速度差が大きいと打者からはボールが失速しているように感じられる場合もある。 日本では「チェンジ・オブ・ペース」と「チェンジアップ」は、どちらも「タイミングを外す遅いボール」を指す言葉であったが、2000年代に入ってからチェンジアップは変化球として分けて認識するようになった。アメリカでは球速に緩急をつけることをチェンジ・オブ・ペースと呼んでいたが、直球と同じ腕の振りから投じられる球速の遅いボールのことを全般にチェンジアップと言うようになり、また、緩急をつけるのは当然となったのでチェンジ・オブ・ペースが球種のように使われることはない。高津臣吾がシカゴ・ホワイトソックスに在籍していた時は、投げる変化球全てがMLBの標準球速より数段遅いため、アメリカの解説者は高津のシンカーやカーブを全てチェンジアップと実況していた。斎藤隆は週刊ベースボール誌上で「メジャーでは自分なりに考えた分類不可能な変化球も全て大雑把に『チェンジアップ』と呼んでいるみたいです」と述べている。 文章: ヤーン・テラー効果 ヤーン・テラー効果またはヤーン・テラー変形は、特定の状況下で非線形分子の構造が歪む現象のことである。この電子的な作用は、電子的に縮退した非線形分子は安定ではありえないということを群論を用いて証明したハーマン・ヤーンとエドワード・テラーにちなんで名付けられた。この効果は、電子的に縮退した基底状態をもつあらゆる非線形分子は変形によって錯体のエネルギーが下がるため、縮退が解けるような幾何学的変形を受けるであろうと述べている。 文章: 磁気光学効果 透過光の偏光状態が変化し偏光面が回転する現象はファラデー効果、反射光の偏光状態が変化する現象は磁気光学カー効果と呼ばれる。 文章: 重合体の特性 高分子の濃厚溶液やポリマーの溶融体をゆっくり流動させると、流体はわずかに変形するが、流れに沿った(流動方向に平行な)面だけに応力(剪断応力)が生じる。これは、流動方向の平行面と垂直面への応力がほとんど等しいためである。しかし、高速で流動させると流体は流れの方向へと伸長する。このとき、流体は元の形に戻ろうとし、張力が生じる。 高分子の濃厚溶液やポリマーの溶融体に棒の一部を浸して棒を回転させると、液面は棒の近くほど勾配的に上昇する。見掛け上、液体は棒に巻き付きながら這い上がる。この現象をワイセンベルク効果(英: Weissenberg effect)と呼ぶ。これは、棒の回転により液体が流動している部分では張力の合力は内向き(棒に向かう方向)に働くために起こる。ニュートン流体の場合、合力は外向き(棒から離れる方向)に働き、棒の近くほど液面はへこむ。 成形機(英語版)の押出機のダイ(押出機出口の口金)から溶融ポリマーを押し出すと、出てきたポリマーの径はダイの径よりも大きい。この現象をバラス効果 (英: Barus effect) またはダイスウェル(英: Die Swell)と呼ぶ。膨張量はダイの径と長さ、押出速度によって変わる。一定の長さまでならダイが長くなるほど膨らみの程度は小さくなり、一定以上となるとポリマーの径は変わらなくなる。バラス効果は、製品寸法を規格通りにしなければならない高分子工業で重要な問題である。 文章: コリオリの力 コリオリの力(コリオリのちから、仏: force de Coriolis)またはコリオリ力(コリオリりょく)とは、慣性系に対して回転する座標系内を運動する物体に作用する慣性力または見かけの力である。時計回りに回転する座標系では、この力は物体の進行方向の左側に働き、反時計回りでは力は右に働く。コリオリの力による物体の偏向はコリオリ効果と呼ばれる。コリオリの力を数学的に表現したのは、1835年にフランスの科学者ガスパール=ギュスターヴ・コリオリが水車の理論に関連して発表した論文が初出である。20世紀初頭、コリオリ力という言葉は気象学に関連して使われ始めた。 ニュートンの運動法則は、慣性(加速しない)系内の物体の運動を記述している。ニュートンの法則を回転系に変換すると、コリオリ加速度と遠心加速度が現れる。質量を持つ物体に適用すれば、それぞれの力は質量に比例する。コリオリ力の大きさは回転速度に比例し、遠心力の大きさは回転速度の2乗に比例する。コリオリ力は、慣性系に対する回転系の角速度と、回転系に対する物体の速度という2つの量に垂直な方向に作用し、その大きさは回転系における物体の速度(より正確には、速度のうち回転軸に垂直な成分)に比例する。遠心力は半径方向の外側に働き、回転フレームの軸からの物体の距離に比例する。これらの付加的な力は、慣性力、見かけの力と呼ばれる。回転系にこれらの見かけの力を導入することで、ニュートンの運動法則をあたかも慣性系であるかのように回転系に適用することができる。 コリオリ力という用語の日常的な使われ方において、回転系は大抵地球を意味している。地球は自転しているため、地球にいる観測者は、物体の運動を正しく分析するためにはコリオリ力を考慮する必要がある。コリオリ力の影響が顕著になるのは、大気中の空気や海洋中の水の大規模な運動など、距離や時間のスケールが大きい運動や、長距離砲やミサイルの軌道のように精度が重要な場合に限られる。このような運動はおよそ地球の表面にに制約されるため、一般にコリオリ力の水平成分のみが重要となる。この力は、地表を移動する物体を、北半球では進行方向に対して右に、南半球では左に偏向させる。この水平偏向の影響は極点付近でより大きくなる。というのも、局所的な鉛直軸を中心とした有効的な回転速度は極点付近で最も大きくなり、赤道付近ではゼロまで減少するからである。風や海流は、非回転系のように単純に高気圧から低気圧へと直接流れるのではなく、赤道より北ではこの方向より右に(反時計回り)、赤道より南ではこの方向より左に(時計回り)流れる傾向がある。この効果によって回転が起こり、台風が形成される。 文章: バウアンルーレット バウアンルーレットは、ドイツで考案されたらしいゲームである。複数の会社から販売されている。チロリアンルーレットという商品名でも知られている。バウアンルーレットという名前は、これが「貧乏人のルーレット」であることを示している。バウアー(Bauer)とは、ドイツ語で「農民」、「農業従事者」、「主にヨーロッパの農業労働者階級の一人」を意味する。バウアンルーレットでは、6個の木製のボールが入った木製の円形のプレイ面の中央で、独楽が回転する。ボールはランダムな方向に跳ね返り、表面にあるいくつかの中空のくぼみの中に入ったり、小さな穴を通って回転面の外にある部屋に入ったりする。一般的には、この外側の部屋にボールを入れることで最も多くの得点が得られる。熟練したプレイヤーは、30秒以上動き続けるようにコマを回転させることができる。 文章: ボルツマン因子 物理学において、ボルツマン因子(ぼるつまんいんし、英: Boltzmann factor)とは、温度T の熱平衡状態にある系において、粒子の出入りはなく体積も変化しないときに、特定の状態が発現する相対的な確率を定める重み因子である。ボルツマン因子は、カノニカル分布によって記述される系を議論する際に用いられる。グランドカノニカル分布で記述される系に対しては、系と外部環境の間での粒子の移動を考慮するギブス因子を用いる。 文章: コリオリの力 コリオリ効果を実用化したものに管内を流れる流体の質量流量と密度を測定する装置である、コリオリ式質量流量計がある。作動原理は、流体が通過する管の振動を誘発することにある。振動は完全な円形ではないが、コリオリ効果を生み出す回転系となる。具体的な方法は流量計の設計によって異なるが、センサーは振動するフローチューブの周波数、位相シフト、振幅の変化をモニターし分析する。観測された変化から流体の質量流量と密度を分析することができる。 多原子分子では、分子運動は、平衡位置を中心とした原子の剛体回転と内部振動によって記述することができる。原子の振動の結果、原子は分子の回転座標系に対して相対的に運動する。そのためコリオリ効果が存在し、原子を元の振動に垂直な方向に運動させる。このため、分子のスペクトルには回転準位と振動準位が混在することになり、そこからコリオリ結合定数を求めることができる。 ハエ(双翅目)と一部の蛾(鱗翅目)は、体の角速度に関する情報を伝達する特殊な付属器官や器官によって、飛行中のコリオリ効果を利用している。これらの付属器の直線運動から生じるコリオリの力は、昆虫の体の回転系内で検出される。ハエの場合、その特殊な付属器は「ハルテア」と呼ばれるあるダンベル状の器官である。 文章: フーコーの振り子 v t h = 2 ω R sin θ {\displaystyle v_{th}=2\omega R\sin \theta } この計算方法に従うと、東京(北緯35度)で半径50cmのコンプトン・ジェネレーターを水平から180度反転させて流速を測定すると、0.04 mm/s(分速2.5mm)となる。コンプトンの実験結果は、理論値から3%以内の誤差に収まったことが報告されている。 「レンズ・サーリング効果(英語版)」とは、大質量物体(例えば地球)が回転する際に近くにある慣性空間を引きずる現象のことである。例えば、広げた布の上にボールを置き、これを布の上で回転させると布が回転に引っ張られるが、同様に地球の自転によっても発生し、結果としてフーコーの振り子の振動面の回転に歳差運動が生じると考えられる。これは一般相対性理論により予言された。 文章: ボールの跳ね返り運動 卓球やラケットボールなどのラケットスポーツにおいて、熟練者はスピン(サイドスピンを含む)を利用することで、地面や相手のラケットといった他の物体表面にボールが当たった際に、ボールの進行方向が突然変わるようにする。クリケットでも同様に、ボールがバウンド地点で大きく軌道変化するような投法(スピンボウリング)のさまざまな形態が存在する。 楕円形のボール(カナディアンフットボールやラグビーで使用されるものなど)のバウンドを予測するのは、一般に球形のボールのバウンドを予測するよりもはるかに難しい。衝突の際のボールと衝突面の接点の位置次第で、垂直抗力はボールの重心から前後にずれて作用することもあるし、地面からの摩擦についても、スピンや衝突時の速度だけではなくボールが接触する位置に依存する。また、ボールが地面を転がるとき、一般に力の作用する点は重心に対して相対的に変化する。そのため、垂直抗力や重力を含むあらゆるボールにはたらく力が、ボールにトルクを生じる可能性がある。このことにより、ボールは衝突後、進行方向の前方や後方、横方向など、あらゆる方向にバウンドする可能性がある。回転運動エネルギーの一部が並進運動エネルギーに変換される場合も考えられるから、反発係数が1を超えることもあり、ボールの進行方向の速度が衝突以前に比べて増加する場合もある。 テニスボールをバスケットボールの上に乗せ、2つを重ねたまま同時に地面に落下させると、そのテニスボールが跳ね上がる高さは、テニスボールを単独で落とした場合よりもはるかに高くなる。この結果は一見、エネルギー保存則に反しているように見える。しかし、よく観察してみると、テニスボールと同時に落としたバスケットボールは、テニスボールを重ねずに単独で落とした場合に比べると、バウンド後の最高点は低くなっている。つまり、バスケットボールが持つエネルギーの一部がテニスボールに伝達され、テニスボールがより高くまでバウンドしたと考えられる。