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サイエンス

泳いでいる人にかかる抵抗は速度の3乗に比例する 39

ストーリー by hylom
流体の謎 部門より

水中で泳いでいるスイマーに対して働く水の抵抗力は、泳速の3乗に比例するということが東京工業大学や筑波大学などの研究者らによって明らかになった(東工大の発表)。

研究では実験用回流水槽中をスイマーに泳いでもらい、その腰の部分に取り付けたワイヤー経由でさまざまな流速時のスイマーの推進力を測定する、という方法でスイマーにかかる抵抗を推定した。その結果、抵抗は速度の約3乗に比例して増加するということが分かったという。スイマーが水流によって受ける抵抗は泳ぐ速度の2乗に比例して増加していたが、スイマーが泳ぐことによって受ける抵抗はこれとは異なるという結果となっている。

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  • 最適戦略 (スコア:5, 興味深い)

    by Anonymous Coward on 2017年02月22日 14時57分 (#3165419)

    てことは、力を貯めてラストスパートするより、全体的にちょっとだけペースを上げた方がエネルギー効率は良いのか。それが人間の出力特性に合ってるかとか他の要素も絡んでくるけど。
    水泳競技者の感覚とも合ってるのかな。

    • by Anonymous Coward on 2017年02月23日 0時23分 (#3165759)

      こうなると、水面を走ったほうがより効率的である可能性が出てきますね。

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      正しいっちゃ正しいんだが、2乗でも3乗でも結論は変わらないし、今回の発見で明らかになったわけでもない。

  • by Anonymous Coward on 2017年02月22日 14時47分 (#3165412)

    風の塊やら、水の塊やらの持つ運動エネルギーは、速度の2乗に比例する。
    単位時間あたりに通過する流体の質量は、速度に比例する。
    なので、単位時間あたりのエネルギーは速度の3乗に比例する。
    「抵抗」とエネルギーとの関係がいまいちわからないけど、なんか関係ありそう。

    • 3乗と聞くと確かに風力発電を思い出しますね。

      運動エネルギーの式に流体の質量を当てはめると、エネルギーは流速の3乗に比例します。
      風速をV[m/s]
      流体の断面積をA[m^2]
      流体の密度をρ[kg/m^3]
      とすれぱ以下の通り。

      流体の質量は
      m=ρ * A * V[kg]
      であるから、
      P=1/2*(m * V ^2)=1/2*(ρ * A * V^3)[W]

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      それは違います。

      抵抗力(単位N)が速度の2乗とモデル化されていたころから、
      発電率とか推進のための仕事率(単位W)は速度と抵抗力の積であるため
      速度の3乗比例とされていました。

      今回の研究では、自己推進時抵抗力が速度の3乗に比例するため
      推進に必要な時間当たりエネルギーは速度の4乗に比例します。

  • 泳がずにロープに引っ張られたときに受ける水の抵抗 → 速度の2乗

    実際に泳いだときに受ける水の抵抗 → 速度の3乗 (new!)

    ということらしい。

    • by Anonymous Coward

      俺も良く分からなかったが、そのまとめも違くありませんか?

      結局、昔は2乗と思われていたが3乗だった。
      だけだと思う。

      • by qem_morioka (30932) on 2017年02月22日 15時16分 (#3165432) 日記

        ロープで引っ張った状態(静状態)での水の抵抗は速度の2乗だったけど
        どうも実際に泳ぐとそうじゃない感じがしていた

        とはいえ実際に泳いだ状態では泳ぎ方に依存した測定方法だったりで
        うまく測定できたとは言えなかった。

        しかし今回は泳ぎ方に依存しない測定方法を見つけて実際に測定したら
        速度の3乗だった。

        なので、土左衛門をロープで引っ張っるときは今も昔も速度の2乗でOK。

        親コメント
        • by Anonymous Coward

          3乗に比例するという情報はおまけで、主目的は泳ぎ方による抵抗を正確に測定することだったのですね。
          それによって抵抗を下げる泳法の改善点を見つけ出し、記録更新につなげる。

      • by Anonymous Coward

        あいや、俺が間違えてた。qemさんのまとめであってた。

        図の説明のところに書いてあった。

      • by Anonymous Coward
        私も理解できなかったので東工大の発表を見てみました。
        qwm_moriokaさんの書いてることが正しいです。
        泳者が一直線に伸びた状態でワイヤーでけん引し、速度と抵抗を測定するのは以前から行われており、その結果が2乗に比例することが分かっていました。
        ところが、これは実際に泳いでいる状態とは異なることが問題視されながらも、実際に測定する方法がなく、ワイヤーの結果から2乗に比例するものと思われていました。
        そして、今回、実泳で測定する方法を開発できたので測定してみると、3乗に比例することが分かった。
        ということのようです。
    • by Anonymous Coward

      ここまで劇的に違うと、抵抗の主要因が違うんでしょね。引っ張られている時の抵抗と自分で進んでいる時の抵抗では。空気抵抗がほぼゼロだと考えると、牽引時は水と人体の摩擦抵抗で、泳いでいる時は手足から漏れていく水が持ち逃げする力、なのかな。ミリカンの油滴だと正比例だから、1乗、2乗、3乗ってことですね。

      モーターボートのスクリューとかでは速度の3乗に比例するっていう結果はないのかな。

  • by hakikuma (47737) on 2017年02月22日 15時08分 (#3165424)
    泳いでいる魚の場合は、人とは抵抗が違うのだろうか。
    ウォってなるような結果が出そうだけど。
    • by Anonymous Coward

      意外とギョってなるような結果かもしれない

    • by Anonymous Coward
      ギョっとなる結果かもしれませんよ。
    • by Anonymous Coward
      まさかな。
      • by Anonymous Coward

        空を魚が泳ぐんですね。
        #ねこたま → まさかな → ねこのめ

        • by Anonymous Coward

          空を泳ぐ魚といえばぎょぴちゃん

  • イルカペイント加工した全身水着ではどうなるのだろうか?

  • by saratoga (23467) on 2017年02月22日 18時53分 (#3165589) 日記

    泳者の推力を一定にして、流速を振ってみて泳者にかかる力(これを抵抗と定義)を計って外挿すると3乗だと。なるほど。
    でも、競技で静水の中で速度を上げるには当然推力が違うわけで、同じ体形のもとではピッチなり泳ぎ方を変えることになり、その効果が別途出てくるのではないのかな。
    #そいつはネグれると論文には書いてあるのかもしれないけど。

  • by minet (45149) on 2017年02月22日 21時38分 (#3165685) 日記

    この記事が関連リンクにないなんて。
    シロップの中で泳いでみたら [srad.jp]

  • by Anonymous Coward on 2017年02月22日 15時16分 (#3165431)

    ゆっくり泳ぐのがいいのかそうでないのか
    #早く泳いだときの体力消費と水にいる時の体力消耗の兼ね合い的に
    #わらを掴むのはNG

  • by Anonymous Coward on 2017年02月22日 15時37分 (#3165450)

    体の動かし方(泳ぎ方)や体型、水着によって変わるのでは?
    測定したスイマーは3乗だったけど、一流スイマーだともっと軽い比率になり、一般人だと重く係るとなりそうなんだけど・・・

    • by st1100 (45287) on 2017年02月22日 22時13分 (#3165710)

      造波抵抗がかなり効いているので、
      それを減らす泳ぎ方をすると、2乗に近くなるんじゃないかな。

      水面に出ずに潜水していれば造波抵抗はほとんど無くなります。
      水泳競技では、昔の平泳ぎでの潜水泳法に始まり、80年代の背泳ぎでの潜水の流行、そしてそれらの禁止や制限の歴史があります。

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      一般人だと速く泳げないからそう思うのかもしれませんが、必ずしもそいう話ではないです。
      それは単に水の抵抗に筋力が負けているからその速度で泳げないというだけの話であって、泳速の3乗に比例しないということを意味しません。

      さらに言えば3乗の項にかかる定数自体は、重力加速度のような固定の値ではないのだと思いますよ。

    • by Anonymous Coward

      #3165432参照。

    • by Anonymous Coward

      長い紐の付いたバケツを水に沈め、腰からぶら下げて泳ぐと、びっくりするほど前に進みません。
      小学校のころ、水泳特訓教室でやりました。

      # 夏の短い函館の学校プール。
      # 少なくとも当時は、水温 20[℃]・気温 18[℃] で実施 OK でした。

  • by Anonymous Coward on 2017年02月22日 22時05分 (#3165707)

    おっぱい大きいほど水泳に不利なのは正しかった!

    • by Anonymous Coward

      全然わかってなくてわらた。

  • by Anonymous Coward on 2017年02月23日 13時11分 (#3166010)

    睡魔に襲われたとき、舟をこぐ際の空気抵抗をですね

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人生の大半の問題はスルー力で解決する -- スルー力研究専門家

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