本研究可视化了自由泳打水动作产生的水流，并分析了打水动作如何在水中产生推进力并稳定姿势。结果证实，左右脚产生的垂直涡流不仅有助于前进，还能抑制身体晃动，从而科学地证明了打水动作的作用。 要在水中快速游泳，不仅手臂动作，腿部动作也扮演着重要角色。关于蝶泳中使用的「海豚踢」已经进行了许多研究，已知腿部动作产生的三维涡流会产生推进力。然而，对于自由泳中使用的「打水动作」，由于左右腿交替运动会产生复杂的水流，因此其在水中产生推进力的机制一直以来都不甚清楚。因此，本研究利用光学动作捕捉系统和粒子图像测速法，详细调查并比较了打水动作和海豚踢产生的水流。 结果显示，打水动作与海豚踢一样，通过腿部动作产生三维涡流，有助于在水中向前推进。另一方面，与海豚踢不同的是，打水动作由于左右腿交替运动，脚周围会同时产生垂直方向的水流，但整体而言，「垂直向下水流」较强，这被发现可以擡升身体。此外，打水动作的一个显著特征是会产生不对称涡流，这会产生一种使身体侧向旋转的力量，从而在游泳时起到稳定姿势的作用。 这些研究结果首次通过水流的实际测量科学地证明了打水动作的推进机制，预计将有助于改进自由泳技术和教学方法。 研究代表者： 筑波大学体育系 中园 优作 特任助教（奖励） 新潟医疗福祉大学健康科学部健康运动学科 下门 洋文 副教授 明治大学理工学部机械工学科 榊原 润 教授 研究背景： 当物体在水中移动时，周围的水会被推动或流动，其反作用力会推动物体向前。这是鱼类和海豚等生物共有的流体力学原理，人类游泳也遵循相同的机制。因此，在游泳研究中，调查手脚动作如何产生水流并产生推进力至关重要。常用的水中推进技术包括蝶泳的「海豚踢」和自由泳的「打水动作」（Flutter Kick）。两者都涉及腿部的上下运动，但海豚踢是双腿同时并拢运动，而打水动作则是左右腿交替运动，这是主要区别。先前的研究表明，海豚踢可以游得更快，并产生更大的推进力。此外，对于海豚踢，已经深入研究了脚周围形成的三维涡流如何提供向前推进力（Shimojo et al., J. Biomechanics., 2019）。然而，对于打水动作，由于左右腿向相反方向移动，水流复杂地重叠，因此涡流结构、对推进力的贡献以及对姿势稳定性的影响尚未得到充分理解。特别是，关于打水动作在自由泳中的作用缺乏科学依据。因此，本研究的目的是通过三维捕捉打水动作产生的水流，并与海豚踢进行比较，以阐明打水动作的推进机制和姿势控制作用。 研究内容与成果： 本研究中，为了同时捕捉游泳者的腿部动作及其周围的水流，我们在循环水槽中结合了三维记录腿部动作的光学动作捕捉系统（注1）和粒子图像测速法（PIV法：Particle Image Velocimetry）（注2），后者利用雷射光可视化水中分散的微小粒子运动以测量水流速度。这使我们能够同时分析游泳者的踢腿动作及其产生的复杂水流。此外，本研究通过逐渐改变游泳者的位置进行测量，并虚拟重建了脚周围形成的三维涡流结构（伪三维流场构建法）。 结果显示，打水动作与海豚踢一样，通过腿部动作产生三维涡流，有助于向前推进。另一方面，与海豚踢不同的是，打水动作由于左右腿交替运动，脚周围会同时产生垂直方向的水流。然而，整体而言，「垂直向下水流」较强，这被发现可以作为擡升身体的力量。此外，打水动作的一个显著特征是会产生不对称涡流。