フラフープを回し続ける体の動き、ももとすね、足の骨が連携 米UCバークレーが20年来の見方に疑問

体育の授業で、フラフープを腰で回したことがある人は多いだろう。ところが、あの輪がなぜ落ちずに回り続けるのかは、物理の研究者が何十年も考えてきた問題だ。腰や脚の動きと、摩擦や遠心力がどう絡み合っているのかが、はっきりしなかった。

米カリフォルニア大学バークレー校のオリバー・オライリー教授らは、センサーで測り直し、その答えに近づいた。成果は学術誌「Nonlinear Dynamics」に載り、大学が10月27日に紹介した。オライリー教授は以前にも、靴ひもがほどける仕組みや、映画「スター・ウォーズ」の球形のロボットBB-8が転がる仕組みを調べてきた人だ。

測ってみたら、前の研究と数字が合わない

グループは、輪と右脚、足にセンサーを付けた。ふだんは、建物の模型が地震を模した揺れにどう反応するかを測るのに使うものだ。1秒間に120回、回る速さや加速度、重力、磁気を記録する。腰は、輪がぶつかるため測っていない。回したのは、もと体操選手の研究員クリスタル・チャーン氏だ。

これまでの研究は、データの中から主な動きの型を取り出す計算で、輪の回転と上下の揺れは、それぞれ別の動きで決まると結論づけていた。ところが同じ計算をグループのデータでやり直すと、体の動きと輪の動きは互いに影響しないという結果になった。そんなはずはない。そこで、曲線で表すような関係もとらえられる別の分析のしかたに切り替えた。

鍵は、ももとすね、足の甲

答えは、もも、すね、足の甲の骨の連携だった。ももとすねの骨は、蛇口のつまみのようにねじれる。ひざの曲げ伸ばしで、すねは上下に動く。足の甲の骨は、体重を足の内側から外側へ移すたびに動く。この3つがそろって、輪が腰のまわりを回り続ける。

輪は床と平行のままではなく、上下に傾いて揺れる。この揺れには、ももの骨が付け根でねじれる動きが効いていた。ももをねじれば、すねも一緒にねじれる。だから、回転を生む動きと揺れを生む動きは、きれいに分けられない。20年来の見方とは違う結論だ。

足首と足の果たす役目の大きさは、研究者にも意外だったという。もっとも、腰の動きは測っていない。大学の紹介で、輪を回したとされているのもチャーン氏だけだ。それでもオライリー教授は、好奇心から始まった共同研究が、想像よりずっと面白くなったと振り返っている。