2014今回はプロショップドリラーさん向けの情報になります。ボールの特性とボールリアクションの関係について、2008年に当時のUSBCリサーチエンジニアであるニック・サイファーさん※が詳細な実験レポートを発表していました。お世話になっているドリラーさんからのリクエストもあり、このレポートを和訳しましたので下記に掲載します。※現在ニックさんは900グローバルのヘッドエンジニアとしてボール開発を行っています。物理学(2008)アクシス移動とコアダイナミクスの真実ニック・サイファー、USBCリサーチエンジニアボウリングのボールがどのようにレーン上を転がるかについては、ボールモーションの研究を大きな課題としているUSBCを含め、近年のボウリング業界で多くの説が語られてきました。データに表れる重要な傾向に注目することで、ボールのモーションに影響を与える要素が科学的に解明され始めています。ボールの転がり方については別の研究が実施されていますが、下記の議論はボールモーションを操るコアダイナミクスにおける物理を解明する試みです。これまでボールモーションに関する多くの説が発表されてきましたが、各社それぞれ違った視点を持っています。業界が発信していこれらの多様な説は、一般ボウラーにとっては混乱のもとになっているかもしれません。どれが正しいのでしょうか?ボールの転がり方には、複数の説が関わっているのでしょうか?USBCでは、これらの説がコアダイナミクスとボールの転がり方に関係していることから、その真実を突き止めることにしました。テストの数値を明らかにする前に、先ずは本研究に関わるいくつかの事実と物理の原則について理解することが重要です。回転半径(RG)は慣性モーメントの平方根を物体の質量で割ったものです。従って、RGは物体の質量が特定の半径で一緒に動いた場合は同じ慣性モーメントになります。物体の慣性モーメントは物体のトルク(回転軸のまわりの力のモーメント)と角加速度(物体の回転の速さを表す物理量における変化率)の成果の比率です。物理の定義を要約すると、慣性モーメントは物体に力が加わった際、物体がどれだけ簡単に回転するのかを表しています。RGは、ある重さのボウリングボールにおいてボール内部の質量が中心に寄っているか外側に寄っているかによって、その軸の周りをどれだけボールが回転しやすくなるのかを表すものです。次に、ニュートンの慣性の法則で、力は作られたり壊されたりするものではなく、むしろ保存されているもので、宇宙に存在する全ての物質は力のバランスが保たれると不安定から安定に移行する性質をもっているとされています。これは平衡と呼ばれています。このプロセスを逆さにすると、バランスが失われて安定から不安定な状態へ移行するにはある種の働きもしくは力が加わらなければならないことになります。この概念を念頭におき、ボウラーがボールをリリースする時、ボールは先ずその人のPAP(ポジティブアクシスポイント)を中心に回転し始めます。要するに、PAPは最初の回転軸の位置になります。その後、ボールの属性やボウラーの属性、レーンコンディションと物理の法則(不安定から安定へ)などの影響を受けて、ボールがレーンを転がるにつれ新しい回転軸が現れます。この回転軸の位置が、その後に続く回転で変化してゆくことを「アクシスの移動」と呼びます。ボウラーの回転軸移動は、アルマジロを使ってフレアリングごとの回転軸に印を付けることで知ることができます。フレアリングにはそれぞれの回転軸があり、その回転軸を中心にボールが回転することによってフレアリングができます。アルマジロは回転軸を測ったり見つけたりすることができます。従って、フレアリングにはそれぞれの回転軸が存在します。回転軸の移動を描いた線のピンからの距離はそれぞれ違ってきます。この時点で、多くの説が発生します。アクシス移動が直線だった場合と曲線だった場合とではパフォーマンスに違いは出てくるだろうか?アクシス移動の軌道がピンに近い場合と、ピンから遠い場合とではボールの転がり方に影響はあるのか?ボールの軌道は高RG点もしくはマスバイアスポイントへ移動するのか?ボールの軌道は低RG点もしくはピンへと移動するのか?アクシス移動の軌道はボールの中のコアの向きに依存するのか?軌道はRGの差異または類似に影響を受けるのか?移動線はこれらの説の組み合わせの結果か、もしくはいずれの説にも依らないのか?アクシス移動線はボールのパフォーマンスにどのように影響するのか?これらはこれまでに問われた質問であり、初めてそれらに対する答えが見つかりました。これらの質問に答えるため、5つのテストが実施されました。dept)で数種類のボール、ドリリング、ボウラーが、アクシス移動のテストのために選ばれ、テストの結果はアクシス移動の傾向を調べるために使用されました。一般的&非一般的なドリルレイアウトでの比較テスト1では、一般的なドリルレイアウトと非一般的なドリルレイアウトを使用しました(非一般的なドリルレイアウトでは、ピンやMBをPAPの位置にもってきてドリル)。このテストに使用されたボールはテスト前にすべてUSBC認証を通っています(ボール1~19)。このテストボールの最初のセットは、38フィートのハウスショットから44フィートのPBAパターンまである4つのオイルパターンのうちの1つでテストされました。テストされたボールはそれぞれ、ボールの表面にオイルエリアとドライエリアの両方からしっかりとフレアリングが着くまでボウラーが十分に投げました。その後、各フレアリングをペンシルでなぞり、アルマジロを使って回転軸を調べました。PAPに印をつけるボウラーの回転とボールのフレアにより、各ボールのフレアリングの数が違ってきます。アクシス移動の線を描いてみたところ、直線のものと曲線のものが見られました。この時点で、各移動点のピンからの距離も記録しました。この距離は、ボールがレーンを転がる中で変化するコアの向きを示します(コアが立っているか、寝ているか)。最後に各軸移動の点(アクシスポイント)でのRG値を測り、ボウリングボールのモーションを調べました。RGは、RGを計測したデバイスの精度と計測のプロセスにより、小数点第3位まで計測してから第2位に切り上げました。下記の画像では、計測されたいくつかの軸移動線です。MBをPAPにしてドリルしたボール(非一般的レイアウト)下記はテストで使用した全てのボールのアクシスポイントとピンとの距離を図にしたものです。一つの数字は各アクシスポイントのRG値を示しています。各ボールの表面で発生した軸移動を表しています。この蜘蛛の巣のようなグラフの中心は0と書かれています。この位置をボールのピンの位置と考えてください。その中心から上へ、0から7までの数字がありますが、それらはピンからの距離(インチ)を表しています。グラフの外周の数字は、レーンを転がってフレアした時の各アクシスポイントを表しています。従って、このグラフは軸移動した各アクシスポイントのピンからの距離を表しています。前に紹介した「蜘蛛の巣」グラフと似たものです。このグラフでは、中心がRGの低い値「2.45」になっています。中心は離れていくと、RG値が2.45~2.58の間で上昇しています。2と同じようにレーンを転がってフレアした時の各アクシスポイントを表しています。従って、この図は軸移動した各アクシスポイントのRG値を表しています。テスト1のグラフでは、それぞれピンからの距離や軸移動線の形状が違っていても、ある一定の傾向が見受けられます。上記の因子に関係なく、軸移動は同じ傾向で発生しました。承認されたボールが使われたわけですが、それらのボールはフレアして軸移動した結果、最初にボウラーのPAPから転がしだしたときのRGとほぼ同じRG値で転がっていました。大きなDIFFのボール次にテスト2では特別なケーススタディを実施しました。現在の規定では、DIFFは最大0.060までとされています。DIFFはボールのフレアポテンシャルに直接関係しています。テストボールは規定の3倍もの値にしました。(PAP~CG)にしました。ドリル後、低い方のRG値は2.43’’になり、DIFFは0.190’’になりました。DIFFは0.005’’になりました。様々なレーンコンディションで、このボールはほぼボール全体をフレアしました。この大きなフレアにより、より長い軸移動を記録することができました。見られる通り、最初はボウラーのPAP付近(緑の丸)を回転していました。フレアし始めると、回転軸は赤い丸から黄色い丸、そして白い丸へと移動していきました。このボールがUSBC承認ボールよりも大幅にフレアしたので、さらに詳しい軸移動を観察することができました。テスト1の結果と同じように、RG値は各色の地点で同程度に保たれていました。4ではそのボールと色をつけた軸移動エリアが見れます。大きなDIFF値のテストボールこのテストの興味深い傾向は実際にテスト1と一致しました。このテストボールがUSBC規定内でフレアした場合は、緑色のエリアから赤色のエリアまでしか軸移動を起こさなかったでしょう。このテストの結果を見ると、緑のアクシスポイントと赤のアクシスポイントではほぼ同じRG値になっており、それはテスト1の傾向と一致します。ボールはもっとフレアし、特別なエネルギーを加えていないので、以降のアクシスポイントでさらに重要な傾向が見られました。黄色のアクシスポイントでのRG値と白のアクシスポイントのRG値では、最初の2つ(緑、赤)に比べてRG値が減少しました。テスト1で、ボールがレーンを転がっていく中で、軸移動は物理と維持されるエネルギーに影響を受けます。テストボールはエネルギーを失い、序々に低エネルギー、低RG値へと移行してゆきます。テスト1と同じように、レーン上の移動では高いRG値やマスバイアス点(ボールの最も高いRG値)には近づかないということです。ハイスピードカメラテスト3ではストリップされたドライな状態のレーン(オイルなし)でテストしました。ハイスピードカメラをボールがフックしなくなる53フィート地点に接地し、軸移動を撮影しました。ボールのフックを止める要因は摩擦にありますが、軸移動についてはRPMとボールのDIFFが引き起こすものだということを理解することが重要です。従って、ボールがロールする地点に到達した後も回転軸は移動し続けます。テスト1で使用されたボールのいくつかはテスト3(ハイスピードカメラでのテスト)でも使用されました。