棒球界传奇的“魔法泥”终于被科学家分析

“拿在手里时感觉像砂纸,但之后又可以像奶油一样涂抹。”
two baseballs held in two hands. one is bright white and the other is coated with a brown mud
美国职业棒球大联盟 (MLB) 使用的每个棒球都涂抹了这种魔术泥。 Mark Griffey

虽然不能将其归功于洛杉矶道奇队赢得他们的第八个世界大赛冠军,但棒球的“魔术泥”却是传说中的东西。美国职业棒球大联盟 (MLB) 的每个球队的装备经理都会将其涂抹在每个比赛用球上。它可以改善球的抓握力,能减弱新球的光泽,并防止其损坏。

如今,这种天然物质的独特性能已被科学量化。一篇于 11 月 4 日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上的研究详细介绍了它为何如此特别。

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“拿在手里时感觉像砂纸,但之后又可以像奶油一样涂抹,”该研究的合著者、宾夕法尼亚大学的软物质科学家 Shravan Pradeep 告诉《Popular Science》。

Lena Blackburne 棒球涂抹泥自 20 世纪 30 年代以来一直由 Bintliff 家族在南新泽西州特拉华河河口的某个秘密地点采集

“当你舀一小撮出来放在手上时,它就像很好的面霜一样,感觉很光滑,”该研究的合著者、宾夕法尼亚大学的地球物理学家 Douglas J. Jerolmack 告诉《Popular Science》。“当你手中是一团糊状物时,一点也不觉得粗糙。只有当你把它抹开后,它才会变干并感觉粗糙。”

2019 年,体育记者 Matthew Gutierrez 请求宾夕法尼亚大学的团队分析泥的成分和流动行为。他想看看这种泥是否真的能像球员们声称的那样提高球的表现。该团队进行了初步分析,但远非科学证据。尽管如此,他们还是对这种泥是否超越了运动员的迷信产生了兴趣。

a 3D reconstructed image of bare and mudded baseball surfaces
使用共聚焦显微镜获得的裸露棒球表面和涂抹泥棒球表面的 3D 重建图像。图片来源:Shravan Pradeep/宾夕法尼亚大学

到 2021 年,Pradeep 设计了三组实验来确定这种泥是否真的有效,这些实验在新的研究中有详细介绍。一项实验测量了它的涂抹性,第二项测量了它的粘性,第三项测量了泥对棒球与投手指尖摩擦的影响。

涂抹性和粘性可以通过两种现有设备——流变仪和原子力显微镜来测量。流变仪测量涂抹性。

“我们在两块板之间涂抹材料并旋转它们,以便观察它的流动并测量粘度,”Pradeep 解释道。

原子力显微镜从原子层面观察材料的粘性,并能了解它在提高抓握力方面有多有效。

然而,为了测量泥的摩擦效应,该团队需要构建一种新型实验装置,以模仿人类手指的特性。他们制造了一种具有与人类皮肤相同弹性的类橡胶材料。然后,他们用一种类似于人类皮肤分泌物的油覆盖了这种材料。该团队按照美国职业棒球大联盟规定的方式,小心而系统地将油性材料在棒球条带上摩擦。

“这就是所有这三种仪器的美妙之处。它们测量不同的东西和材料的各个部分,”该研究的合著者、宾夕法尼亚大学的流体动力学家 Paulo Arratia 告诉《Popular Science》。

据该团队称,这些仪器证实了投手们的说法。这种泥具有恰到好处的粘性、涂抹性和摩擦力,能够让他们很好地抓握球。令该团队惊讶的是泥的稠度以及这三种属性的组合以恰当的比例结合在一起。

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“它的神奇之处在于,它涂抹起来就像里面根本没有沙子一样。但一旦它变干,其中的少量沙子就会产生这种摩擦效果,”Jerolmack 说。“它恰好具有细小的粘性颗粒和少量大而有角的颗粒的正确比例。我们只是没想到它们会一起出现。”

美国职业棒球大联盟曾考虑用合成润滑剂取代魔术泥。然而,它们都未能复制这种天然泥的特性。

“我们非常尊重那些维护着这些世代相传知识并生产出稳定产品的人,这种产品感觉一致,投手们能感觉到它的良好抓握感,”Arratia 说。

研究人员希望他们的工作能够促进对泥土特性的进一步研究,以了解侵蚀。它还推动了对“仿生学”的研究,即从天然物质中寻找制造更可持续材料的方法。

“大自然创造了这些材料,我们得以研究它们的机械性能,”Pradeep 说。“所以,还有其他我们不知道它们有什么作用的材料,但它们具有奇异的机械或传输特性,我们可以加以研究。它们可以为另一类润滑剂或抓握材料提供灵感,以便我们对其进行工程设计。”

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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