暗网禁区

ヒトがキック泳で水中を进む际には、足の周りに涡が生成され、それが身体を前に进めるための力となります。しかしながら、泳ぐスピードが异なる场合、足の周りに生成される涡の构造がどのように変化しているのかはこれまで不明でした。そこで本研究では、スイマーの动作を光学式モーションキャプチャシステムを用いて分析するとともに、水の流れの変化を可视化するための粒子画像流速计测法により、泳ぐスピードの変化に伴う涡の构造の変化を调べました。 その结果、水中ドルフィンキックの下肢动作において、泳ぐスピードが上がるにつれて蹴り下ろし动作から蹴り上げ动作に移行する局面の涡の构造が変化していることが分かりました。具体的には、泳ぐスピードが上がるにつれて、足の周りに生成される2つの涡の间に生じるジェット流の向きがより铅直下向きへと変化しました。この変化は、蹴り上げ动作で身体を前に进めることに贡献していると考えられます。 本研究は、キック泳中の泳ぐスピードを変化させた际の涡の构造の変化を観察した初めての研究であり、指导者や选手が水中ドルフィンキックの技术を改善する上での科学的根拠を提供することに加え、ヒトが水中を进むメカニズムの解明につながると期待されます。

筑波大学体育系
　角川 隆明　助教
新潟医疗福祉大学健康科学部健康スポーツ学科
　下門 洋文　准教授
明治大学理工学部机械工学科
　榊原 潤　教授

水泳の泳技術の一つに水中ドルフィンキックがあります。その名の通り、イルカのように両脚を上下に動かして推進する技術であり、競泳競技においては、水中ドルフィンキックで前進するスピードを高めることは重要なトレーニング課題です。これまでの研究で、水中ドルフィンキック中には足の周りに渦が生成され、その渦がスイマーの身体を前に進めることに貢献していることが明らかとなっています（Shimojo et al., J. Biomechanics., 2019）。しかしながら、前進するスピードの変化に伴う足の周りの渦の構造の変化はよく分かっていませんでした。
本研究では、3次元動作の分析が可能な光学式モーションキャプチャシステムと、空気や水などの流体の流れの計測に用いられている粒子画像流速計測法（Particle image velocimetry method, PIV法）を用いて、実験用回流水槽中で、泳ぐスピードを変化させた際のスイマーの動きと渦構造の変化を観察、解析しました。なお、水中ドルフィンキック中に足の周りに生成される3次元的な構造の渦を観察するため、回流水槽にてスイマーの泳ぐ位置を少しずつずらしながら、疑似的に3次元空間を構築しました。
その结果、泳ぐスピードを上げると、足の周りに生成される涡の回転の强さが大きくなることが分かりました。また、脚を蹴り下ろす动作から蹴り上げる动作に移行する局面で観察された涡の构造に変化が见られ、泳ぐスピードの増大に伴って、足の周りに生成される2つの涡の间に生じるジェット流注１）の向きがより铅直下向きへと変化しました。さらに、スピードを上げると、脚を蹴り上げる中盘の局面で、脚の周りに生成された涡を再利用することにより生成する、身体を前に进める方向への水の流れが観察されました。涡やジェット流は水の运动量の変化を反映しており、身体が水からどのような力を受けたかを理解するヒントになります。本研究で観察された涡构造の変化は、蹴り上げ动作で身体を前に进めることに贡献している可能性が示されました（参考図）。
以上のことから、蹴り下ろし动作と蹴り上げ动作を繰り返す周期运动である水中ドルフィンキックにおいて、前进するスピードを高めるためには、脚を动かすスピードだけでなく、蹴り下ろし动作から蹴り上げ动作への素早い切り返しに重きを置いたトレーニングが重要であることが明らかになりました。

本研究グループでは、水の流れを计测する技术を用いて、スイマーの泳动作中に起きている现象の解明に取り组んでいます。今后は、本研究で採用した疑似的な3次元空间の构筑法を、ヒトのストローク动作やスカーリング动作注２）にも适用し、泳动作中に起きているさまざまな现象を解明していく予定です。また、回流水槽だけでなく、通常のプール（静水プール）での研究を进め、実际のコーチング现场での泳法指导の改善に资する科学的な根拠を提供していきます。

注１） ジェット流（jet flow）
回転方向の异なる2つの涡（涡対）によって诱発される强い流れ。涡やジェット流は水の流れの変化、つまり运动量の変化を反映しているため、流体力学分野においては着目すべき変数として扱われている。
注２） スカーリング動作（sculling motion）
手を左右方向に连続的に动かして水をかく动作。アーティスティックスイミングや水球竞技において、身体を浮かせるための技术として使われている。
本研究は、科研费（22碍19725）、次世代研究者挑戦的研究プログラム、ヒューマン?ハイ?パフォーマンス先端研究センターの研究プロジェクトの一环として実施されました。
Variations in vortex structure with changes in swimming velocity during human underwater undulatory swimming
（ヒトの水中うねり泳における泳速度の変化に伴う涡构造の変化）
Nakazono, Y., Shimojo, H., Sakakibara, J., Sengoku, Y., Takagi, H., & Tsunokawa, T.
Experiments in Fluids
2025年1月11日