クラゲの運動特性と流れ構造の解明

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クラゲが遊泳時において用いた推進力を算出し,その時に作用した力の釣り合いから,運動における変換効率を明らかにした.クラゲは傘先端のスナップ運動を行った時に加速し,渦輪を傘先端から放出する.この時,クラゲが加速運動を行った時にどのくらい推進力を用いたかを直接計測できないため,モデル実験を行い,渦輪と,その渦輪の形成に用いた力との関係を明らかにし,その結果から,逆に渦輪の観察から,力を見積もる方法を明らかにし,その方法を用いてクラゲ自体の推進力を明らかにした.実験は,円板のモデルをクラゲモデルとして扱い,水中で既知の力を与え運動した円板が形成する流れ場を計測することによって,与えた力と形成された流れ場との関係を明らかにした.円板は静止状態から加速しながら自由落下する.その時,円板は渦輪を後方に放出する.渦輪の発生は物体運動の反力と考えられるので,発生した渦輪のエネルギーは運動により与えられたエネルギーと同等といえる.このことから,円板が放出した渦輪の循環を計測しエネルギーとの関係を明らかにし,実際に加えた力との関係式を明らかにした.実験により得られた映像から,PIV計測を行った結果,より,力は物体の運動の速度と形成された渦輪の大きさと,循環の時間変化を明らかにすることにより見積もることが出来ることが分かった。以上の結果より,クラゲの推進力を,スナップ運動によって形成された渦輪から明らかにした.実際に遊泳を運動解析することにより,本体に作用する力の関係から,遊泳運動の変換効率を算出し74%と明らかにした.この結果より,クラゲの遊泳時における力のバランスを運動計測と流体計測から明らかにし,その運動変換効率を明らかにした.この方法は,クラゲの遊泳にかかわらず,渦を形成して運動を行った時に用いた力を計測する手段として応用できるものだといえる.