Do All Wood Bats Perform Identically?
アッシュ、バーチ、メイプルから作られた木製野球バットは、慣性特性が同一であるにもかかわらず、その性能は同一ではなく、芯を外した衝撃に対する性能の差異は、樹種の違いではなく曲げ剛性の違いによって引き起こされている。
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野球の世界において、ボールとバットの衝突は純粋な物理学の瞬間であり、打者が塁に到達するか三振するかを決定する、刹那の出来事である。数十年にわたり、科学者たちはこの衝突のメカニズムを理解してきた。特に、厳格に規制された限界内で性能を発揮するように設計されている現代の金属製やコンポジット製のバットについては、その通りである。しかし、プロの試合における伝統的な道具である木製バットは、それに比べると依然として謎に包まれている。製造業者はこれらのバットが同じ見た目や感触になるように製作しているが、木材自体は、土壌、日光、成長輪の独自の歴史を持つ樹木から育った天然の素材である。これは、プレイヤーやファンにとって単純かつ深遠な問いを投げかける。もし二つの木製バットが全く同じ長さ、重さ、形状であったとしても、それらは実際に同じ力でボールを打つのだろうか？ その答えは、木がどのように振動するかにある。ボールがバットに当たるとき、木はただ静止しているのではない。それはしなり、震える。ピッチから得られるエネルギーの一部はこれらの振動へと失われるため、ボールに戻されるエネルギーは減少する。木が硬ければ硬いほど、しなりにくくなり、ヒットのために保存されるエネルギーは大きくなる。
大学の研究者チームと大手スポーツ用品メーカーのチームは、18本の木製バットのコレクションを用いて、この概念を検証することに乗り出した。彼らは棚からランダムにバットを手に取ったのではなく、書類上の数値が可能な限り同一となるよう、メーカーと協力して18本のカスタムバットを作成した。アッシュ（トネリコ）、バーチ（樺）、メイプル（カエデ）の3種類をそれぞれ6本ずつ作成した。これらはプロの選手が使用する最も一般的な3種類の木材である。すべてのバットは、長さ0『0.861メートル、重量は正確に0.897キログラムに切り揃えられた。それらは同じバランスと外形を共有していた。もしそれらを手に持てば、区別がつかないほど同じ感触だろう。研究者たちは、これほど完璧な類似性があるにもかかわらず、ボールが当たったときにバットがどのように振る舞うかを知りたかったのである。それを突き止めるため、彼らはまず、各バットを叩いたときの振動を測定し、そのバットの最も低い曲げの音の特定のピッチ（音高）を聴き取った。次に、静止したバットに対して秒速44.7メートルの速度で野球ボールを発射し、バレル（筒状の部分）の様々な箇所に衝突させて、ボールがどれくらいの速さで跳ね返るかを観察した。
結果は、たとえバットが双子のように作られていても、性能において同一ではないことを明らかにした。鍵となる違いは、バットの振動のピッチとして現れる木の「剛性（硬さ）」に見いだされた。研究者たちは、振動周波数が高い（＝より硬い木であることを示す）バットは、低い周波数のものよりもボールを速く跳ね返すことを発見した。しかし、この違いはバットのあらゆる場所で起こるわけではなかった。バットが最も振動しない領域である「スイートスポット」付近にボールが当たった場合、木の種類や剛性に関わらず、すべてのバットはほぼ同様の性能を示した。その差は極めて小さかった。しかし、ボールがそのスイートセンターから数インチほどハンドル寄りに当たったとき、違いは明確になった。これらの場所では、高い周波数で振動する、より硬いバットの方が、ボールをより速く飛ばしたのである。剛性の低いバットは、自らの曲がりへとより多くのエネルギーを吸収してしまい、ボールを推進させるためのエネルギーを減らしてしまうのだ。
この研究はまた、アッシュ、バーチ、メイプルのうち、どれか特定の木材に自然な優位性があるかどうかを詳細に調査した。データによれば、種の違いによる系統的な差は見られなかった。メイプルのバットが、本質的にアッシュやバーチのバットを凌駕することはない。むしろ、性能は個々の木材の特定の剛性に依存していた。硬いアッシュの破片は柔らかいメイプルの破行よりも優れた性能を発揮し、柔らかいアッシュは硬いメイプルよりも劣る性能を示した。どの種類の木から作られたかということは、そのバット自体の特定の構造的完全性よりもはるかに重要ではなかった。これは、プロの選手が手に持ったときに完璧な感触を与えるバットであっても、隣にある別のバットよりも、わずかに効率が低い可能性があることを意味している。それは、中の木が異なる形で振動しているからである。
研究者たちは、エネルギー損失の背後にある物理学を理解するために、衝突をモデル化したコンピュータ・シミュレーションを用いて、これらの知見を裏付けた。シミュレーションは実世界のテストと一致しており、振動によるエネルギーの損失が性能差の主な原因であることを示した。ボールがスイートスポットから外れた場所に当たると、木は著しくしなる。木が硬くなければ、より大きくしなり、衝撃エネルギーをより多く吸収してしまう。木が硬ければ、曲がることに抵抗し、より多くのエネルギーをボールのために保持する。研究は、性能の差は実在するものの、それは微妙であり、ボールがどこに当たるかに大きく依存すると結論づけた。プレイヤーにとって、これは「完璧な」バットの探求とは、特定のブランドや木の種類を見つけることではなく、利用可能な選択肢の中で、たまたま最も硬い性質を持つ特定の木片を見つけ出すことであるということを示唆している。結局のところ、この論文は、たとえ設計図が同じであっても、自然は同一の双子を生み出さないことを証明しており、野球という高速の世界において、それらの小さな自然の差異がヒットの結果を変え得るのである。
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