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水球選手は巧みな足さばきで水の渦を利用している ―立ち泳ぎに独特な推進力生成メカニズムを解明―

2020/08/07

国立大学法人筑波大学体育系 高木英樹教授、学校法人国際武道大学体育学部体育学科 川合英介助教らの研究グループは、圧力分布分析と3次元動作分析の併用により、立ち泳ぎ(巻き足)における上向きの推進力生成メカニズムの解明に取り組みました。

水球選手にとって巻き足は、身体を浮かせるための推進力を生み出す必須の技術であり、それによって水中で他の選手に乗られても沈まず、様々なプレーを可能にしています。しかしながら、これまで巻き足によって生み出される推進力を直接分析する手立てがなく、十分な研究が行われてきませんでした。本研究では、近年本研究グループが開発した圧力分布分析(泳者の身体部位表面に圧力を計測する小型のセンサを取り付け、計測された圧力値から生じた力を推定する手法)を水球選手の巻き足に応用し、さらに動作分析と併用することによって推進力の生成メカニズムに初めて迫りました。

水中で身体部位に生じる力は、その部位表面にかかる圧力の高い側から低い側に向かって作用し、さらにその高低差が大きくなるほど増大します。したがって巻き足の場合、推進力は足底側にかかる圧力が足の甲(足背)側にかかる圧力よりも高く、かつ、その差が大きくなるほど増大することになります。分析の結果、興味深いことに、巻き足中の足底・足背間の圧力差は、足底側にかかる圧力が増加することによって増大しているのではなく、足背側の圧力が低下することによって増大していることが判明しました。さらに、推進力は足部がそのピーク速度を越え、減速し始めた時に最大に達していました。これらの結果は、従来の水泳における推進の定説(手足で水を押した作用・反作用で推進力が得られる、速度の2乗に比例して推進力が増加する)だけでは説明することができないものであり、動作中の選手の周りに生じる非定常な水の流れ(いわゆる渦などの乱流)が上向きの推進力の生成に大きく影響している可能性を示唆しています。巻き足において効果的に推進力を生み出すためには、ただ勢い任せに水を蹴るのではなく、足部の角度やキックの方向を巧みに調整して非定常な水の流れを上手く利用することが鍵となりそうです。


図 巻き足動作の連続写真。膝関節を中心に左右の下腿を交互に回旋(左脚は時計回り、右脚は反時計回り)させ、身体を支持するための推進力を生み出します。写真①~③がアウトキック(Out-kick)局面で体の中心から外側下方に蹴り出し、③~⑥がインキック(In-kick)局面で体の中心に向かって蹴り込む動作を行います。巻き足は水球だけでなく、アーティスティックスイミングやライフセービングなど、水中での様々な競技、活動において用いられる汎用性の高い動作です。

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