2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a new hydrodynamic analysis method for swimming underwater motion and elucidation of its mechanism
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20H04064
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
高木 英樹 筑波大学, 体育系, 教授 (80226753)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角川 隆明 筑波大学, 体育系, 助教 (00740078)
中島 求 東京工業大学, 工学院, 教授 (20272669)
仙石 泰雄 筑波大学, 体育系, 准教授 (30375365)
下門 洋文 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 講師 (50757911)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水泳 / 流体力学 / バイオメカニクス / 流れの可視化 / コンピュータシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は、流水プールにおいて水中ドルフィンキックを行った際のスイマーの周りの水の流れを、粒子画像流速計測法により可視化し、推進メカニズムの解明する研究課題である。研究の背景として、泳者の下肢の運動速度を向上させることは、水中遊泳（UUS）の速度を向上させるために極めて重要である。しかし、このような動作が遊泳速度にどのような影響を与えるのか、その根本的なメカニズムは不明なままであった。そこで本研究では、回流水槽内での試験流速（U）の変化による水泳動作の変化と、その結果生じる流れ場の変化との関係を明らかにすることを目的とした。男子学生スイマー1名に対して、次の3つのU設定（0.8、1.0、1.2m/s）でテストを行い、下肢の動きとスイマー後方の後流を比較した。運動解析にはモーションキャプチャシステムを、そして流れ場の可視化にはステレオPIVを使用した。その結果、Uが増加するにつれて、全方向（u、v、w）の流れ場の速度ベクトルが増加し、つま先の速度も増加することが明らかになった。また、Uが大きくなるにつれて、つま先の速度ベクトルのダウンキックによる外側への変化と、つま先の速度ベクトルのアップキックによる内側への変化が渦生成に影響を与え、流れ場の速度ベクトルの増加に寄与している可能性が示唆された。さらに、ダウンキックからアップキックへの移行時に、高いU条件では、渦の再捕捉が起きており、これが運動量の増加に寄与している可能性を示した。このことは、ダウンキックからアップキックへの移行が運動量の増加に重要な要因であることを示唆しており、UUSの遊泳速度を増加させるメカニズムを、運動と流れ場の関係から明らかにした世界で初めての研究である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Relationship between fluid force acting on a foot and muscle activity of lower limb in breaststroke kicking2023
Author(s)
Yamakawa, K. K. , Homoto, K. , Nakazono, Y. , Tsunokawa, T. , Takagi, H. , Sengoku, Y.
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Journal Title
XIVth International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming Proceedings
Volume: 1
Pages: 1-5
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Athlete-specific optimizing simulation of armstroke in crawl swimming considering individual shoulder joint torque characteristics2023
Author(s)
Nakashima, M. , Tsuchiya, S. , Toyoda, R. , Kuramoto, A. , Koga, D. , Takagi, H.
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Journal Title
XIVth International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming Proceedings
Volume: 1
Pages: 349-352
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Wake flow visualization around swimmer's foot and thrust force estimation at an indoor swimming pool2023
Author(s)
Shimojo, H. , Yamashiro, S. , Ichikawa, H. , Shimoyama, Y. , Tsunokawa, T. , Sengoku, Y. , Takagi, H.
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Journal Title
XIVth International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming Proceedings
Volume: 1
Pages: 501-504
Peer Reviewed / Open Access
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