ヒントはイルカ？

速く泳ぎたい！　これもスイマーの熱い願望です。でも、願いだけでは速く泳げません。そこには冷厳な物理が働いているのです。さて、水泳競技は、飛び込みで初速が決まり、あとは掛かってくる抵抗に釣り合う力を出し、一定速度を保ってゴールするものです。作戦としては陸上の１００ｍ走と同じと考えればいいでしょう。２０２２年８月13日、ローマ開催の欧州選手権男子１００ｍ自由形で、ルーマニアのポポビチ選手（17歳）が達成した世界新記録は46・86秒でした。秒速２・１３４ｍ／ｓ、時速換算では７・６８２㎞／ｈということになります。歩く速さの約２倍の速度です。ちなみに、13年ぶりに世界記録を０・５秒縮めたことになるそうです。

この速度で泳ぐために必要な力は、抵抗と釣り合うだけの力です。水泳選手にかかる水による全抵抗１００％の内訳は、形に依存する形状抵抗50％、波を立てるための造波抵抗40％、水と体表面で起きる摩擦抵抗10％となります。それまでの世界記録は１００ｍを47・36秒だったので、秒速は２・１１１ｍ／ｓです。速度は０・０２３ｍ／ｓ速くなったことになります。人間の能力が同じと考えると、テクノロジーで全抵抗を２％下げたことになります。これを実現するために、全抵抗の内訳のうち、どの抵抗を下げるのが工学的にやりやすいかということを考えてみましょう。

形状抵抗を２％減らして48％に下げるということは、人間の形状を流線形のようにして、水が体表面に沿って流れる必要があります。体後方の水が乱れずに流れなければなりませんが、バタ足をしている以上むずかしそうです。体を頭の上から見たときの面積（投影面積）を２％減らす方法もありますが、やはり筋肉だらけの選手をさらに細身にするのは無理です。では、摩擦抵抗を2％減らすことはどうでしょう。体表面の流れは乱流なので、摩擦抵抗を減らすには乱流の乱れを抑え込まなければなりません。これは工学的に非常にむずかしい。

最後に造波抵抗ですが、起きる波の高さを3％減らすことなので、１００㎜の波高を、97㎜にすればいいという計算になります。これなら波をちょっとだけ抑えれば実現できそうです。頭や肩でつくる波、水をかく腕の入れ方と抜き方、バタ足がつくる波を極力起こさないようにする技術が求められますが、イルカの泳ぎが模範ですね。

出典：『眠れなくなるほど面白い　図解　すごい物理の話』著/望月修