Clarifying the curling mechanism of a stone moving on ice and is application to curling games
| Project/Area Number |
21H03314
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 59020:Sports sciences-related
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
亀田 貴雄 北見工業大学, 工学部, 教授 (00233974)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳 等 北見工業大学, 工学部, 教授 (60344553)
原田 康浩 北見工業大学, 工学部, 准教授 (80198928)
白川 龍生 北見工業大学, 工学部, 准教授 (50344552)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
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| Keywords | カーリング / 曲がるメカニズムの解明 / ストーンの軌跡 / カーリング場の氷面 / ペブルの形状 / ストーン / カーリングストーン |
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| Outline of Research at the Start |
カーリングでは、選手はストーンをゆっくりと回転させながら氷上を滑らせる。この回転のため、ストーンはゆっくりと曲がる。選手はこの曲がりを利用して競技を進めるため、氷上でストーンが曲がることは極めて重要である。ただし、簡単そうに思える「ストーンが曲がる理由」には現在でも定説がない。このため選手は経験と勘でストーンの曲がり幅を推定しながらゲームを進めている。
本研究では高精度の測定機器を導入し、ストーンが曲がる物理的メカニズムを解明することを目的とする。また、解明されたストーンが曲がるメカニズムを応用することで、世界中のどのカーリング場でもストーンが同じように曲がるようになることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
過去100年間の研究によっても十分には解明されていない「氷上を滑るストーンがなぜ曲がるのか」を解明することを目的として研究を進めた。2022年度は(1) 氷上を滑るストーンの軌跡に対するストーンの初速度および総回転数，氷面の影響の解明（亀田，長谷川），(2) カーリングにおけるスウィーピングの効果の解明（亀田，斉藤茉由美*），(3)カーリングでのスウィープ力の評価（柳），(4)氷上を滑るストーンの振動解析（白川，佐藤*），(5)氷上に形成される小突起（ペブル）の形状およびその分布の解明（原田，大村*），(6)角運動量保存則を用いたカーリング・ストーンの曲がり（佐渡**），(7)氷上を滑るストーンによるペブルの形状変化の解明（柳敏**，亀田），を実施した。ここで、*は学生，**は研究協力者を意味する。
これらの計測実験により，(1)氷上を進むストーンの軌跡に対するストーンの初速度，総回転数および氷面の影響，(2)スウィーピングにより氷面のペブルが摩耗し，軌跡が変化すること，(3)スウィープ力の測定，(4)氷上を進むストーンの3次元の加速度・角速度データ（時間分解能は1msまたは20ms），(5)圧力フィルムおよび接写による氷上でストーンと接触するペブルの分布，(6)角運動量保存則を用いることで，ストーンの曲がりが説明できること，(7)ストーンの通過によるペブル上端面の摩耗量，などを明らかにすることができた。
得られた成果の一部は雪氷研究大会（雪氷分野の全国規模の学会）で5件発表した。2022年度の計測実験は北見工業大学に隣接するアルゴグラフィックス北見カーリングホールおよび札幌のどうぎんカーリングスタジアムで実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実施の概要に記した(1)から(7)の進捗状況を示して，「おおむね順調に進展している」ことを説明する。
(1)アルゴグラフィックス北見カーリングホールおよび札幌どうぎんカーリングスタジアムで，ペブルの数密度の異なる氷面を製作し，その氷面を使ってストーンの軌跡を計測した。その結果，ストーンの軌跡は，ストーンの初速度，総回転数および氷面でストーンと接触する接触痕の総面積などの影響を受けて変化することがわかった。(2)上記の2ヶ所のカーリングホールでの測定実験の結果，ブラシを用いたスウィーピングによるペブルの形状の変化を明らかにすることができた。また、スウィーピングによるストーンの軌跡の変化を3種類のスウィーピング（曲げスウィープ，直進スウィープ，押しスウィープ）ごとに定量的に明らかにすることができた。(3)アルゴグラフィックス北見カーリングホールにて，北見工業大学のカーリング部18名のスウィープ力を測定することができた。(4)上記2ヶ所のカーリングホールでの測定実験の結果，氷上を滑るストーンの3次元での加速度および角速度データを得ることができた。(5)上記2ヶ所のカーリングホールでの計測実験の結果，ストーンとの接触痕の全個数および総面積を明らかにすることができた。(6)ストーンの曲がりは自転方向に曲がることを角運動量保存の法則から導くことができた。さらに，ストーンの旋回運動を考慮して，ストーンの曲がり幅を式で表し，並進速度が小さいほどストーンはよく曲がることを理論的に明らかにした。(7)得られた実験結果を英語の論文として投稿するために和文での原稿執筆を進め，カーリングゼミにて原稿内容を検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，申請書に記述した研究目的を達成するために，2021～2022年度にアルゴグラフィックス北見カーリングホールにて16日間，どうぎんカーリングスタジアム（札幌）にて2日間の計測実験を実施した。得られた成果は（公益社団法人）日本雪氷学会と日本雪工学会が主催している雪氷研究大会（2021・千葉オンライン）にて4件，雪氷研究大会（2022・札幌）にて5件の学会発表を実施してきた。また，科研メンバーが中心の自主ゼミ「カーリングゼミ」をオンラインで2021年度には4回，2022年度は5回実施し，各自が進めている研究を報告し，互いの研究内容の理解を深めてきた。2023年度はカーリングゼミを4回程度実施し，さらに各自の研究内容のブラッシュアップを図り，学会発表を実施する。これらの内容を基本として原稿執筆を進め，以下の5編の論文を投稿し，出版していく予定である。
1)ストーンの軌跡に氷面が与える影響の解明（主著：亀田貴雄）
2)カーリングにおけるスウィーピングの効果の解明（主著：亀田貴雄）
3)ストーンの振動解析（主著：白川龍生）
4)ストーンの軌跡の解析（主著：佐渡公明）
5)レプリカを用いた氷上のペブルの解析（主著：柳 敏）
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
