3人娘の親父が走る。いつだって全力中年。

3人娘の親父がランニングを中心に、日々の出来事をそこはかとなく綴ります。

マラソンにおける風よけの効果は絶大だぞ。

風が強い日のランニングは、非常にキツい。

練習を積み重ねて標準を合わせてきたレースが、台風並みの強風だった日には、DNSすら頭をよぎる。

だが、諦めるのは早い。


どうやら、ランナーの後方を走ることによる「風よけ」は、結構な効果をもたらしてくれるようだ。


俺が次の週末に出場する「板橋Cityマラソン」は、河川敷のレースで、強風に悩まされることも多々あるようだ。


だから、しっかり調べてみたぞ。

ランナーの風の影響は「流体力学」で語れる

風が強いと走りにくい理由

風が強いと、走りにくい。

風上に向かって走ると、風の力をもろに受けて、スピードを出しづらくなる。

それを絵で表現すると、こちらのようになる。

f:id:Alloutrun:20190313222120j:plain
風から受ける力


ランナーの前方からは、風による風圧。

ランナーの後方には、風の流れが乱れることによる無数の渦ができる。

これは「伴流」、または「スプリットストリーム」などと呼ばれる。


ランナーの後方は、風の流れが遮られることによる、「マイナスの圧力」が発生する。


ランナー前方からの圧力とランナー後方のマイナスの圧力。

この差が、風から受けるランナーが感じる力となる。


当然、風速が大きければ、この力が大きくなる。


風が強いと、風から受ける圧力と、風下にできる伴流のマイナスの圧力の合計の力を受けるため、風に向かって走ることがキツくなるのだ。


また、風の影響を少なくするためには、

・前方から受ける風の圧力を減らすこと

・後方にできる伴流によるマイナスの圧力を減らすこと

が重要となる。


ランナー後方にできる「マイナスの圧力」を視覚的に理解するには、後ほど紹介しているYoutubeの動画が参考になる。
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障害物の後方の圧力は低くなっている(青い色の部分)ことが視覚的に理解できる。


レイノルズ数と渦

空気や水、そのほかの粘性をもった流体の流れを語るとなると「レイノルズ数(Re)」という無次元の数値が重要となる。

この章は、俺の趣味なのですっ飛ばしてくれてもOKだ。


簡単に説明すると(正確ではないが)、

「レイノルズ数が小さい = 流れが緩やかになる」

「レイノルズ数が大きい = 流れが激しくなる」

ということだ。


レイノルズ数が小さいと、「層流」と呼ばれ、規則正しい流れができあがる。

なかでも美しいのが「カルマン渦」という渦だ。

レイノルズ数がある値を超えると「乱流」と呼ばれ、無秩序に多数の渦ができ、シミュレーションが複雑になる。

※ちなみに天気予報が難しいのは、空気の流れに乱流が多いためだ


レイノルズ数と、物体の後方にできる流れを、視覚的に理解していただくには、こちらの動画が最適だ。
www.youtube.com


こちらの動画の3分あたりに、障害物の後方の流れと、レイノルズ数の関係が分かる動画がある。

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レイノルズ数と障害物後方の流れ


レイノルズ数が271、594のときは、「カルマン渦」が美しくできていることが分かる。

しかし、レイノルズ数が2902のときは、障害物後方に乱流が発生していることが分かる。



障害物の後ろ側の伴流の中から見ると、

まさに、

「父さんの言ったとおりだ。向こうは逆向きに風が吹いている。」

の状態だ。



そして、かの有名なシーンが頭に浮かぶわけだ。


「すぐそこに風の壁があるよ!」

「だめだぁ!吸い込まれるっ!」



「男が簡単にあきらめるんじゃないよっ!」



「行こう!おばさん!父さんのいった道だ。」

「父さんは帰ってきたよ!」

「よぉし!行こうっ!竜の巣へ!!」


もちろん、「天空の城 ラピュタ」も俺の大好物の一つだ。


以上、機械工学科出身の俺の趣味でした。


このあたりについて、もっと知りたい場合は、以下のホームページを参照ください。
空気抵抗と形状の関係 ー 流線型やゴルフボールのディンプルの効果 | 鳩ぽっぽ

流れ(ながれ)とは - コトバンク



ランナーの後ろにつけ!!

ランナーの風よけについて、しっかり検証している論文なんかあるのか。

あるんです。

"The influence of wind resistance in running and walking and the mechanical efficiency of work against horizontal or vertical forces"



1971年の比較的古い論文だが、「ランナーの風よけ」関連の論文としては、最も引用数が多く、権威ある論文だ。

ランナーの風の影響という一般的な問題、を工学的アプローチで検証している、俺の大好きな類の論文。


こちらの論文では、前方から風が吹いている場合のランナーの後方の圧力を図で示してくれている。

ちなみに、こちらは風速18.5m/s、ランナーは時速20.6km(キロ2分47秒ペース)で走っている場合でシミュレーションしている。

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ランナー周辺の圧力分布
※上記論文のFig.9より


ランナー前方の風圧が、2.25[kg/m^2]の場合、ランナー後方40cmから80cmの圧力は、0.05~-0.05[kg/m^2]と、非常に小さくなっていることが分かる。


要するに、

「走っている誰かの後方にピタッとついて走るだけで、前方からの風圧を大幅に軽減できる」

ということだ。


この論文の結論としては、

風速18.5m/s、ランナーは時速16.02km(キロ3分45秒ペース)で走っている場合、

誰かの後方1mにピタッとついて走ったら、エネルギーコストを「7.5%」も抑えられる、

と報告している。


ペーサーが2人いる場合はさらに効率が良いぞ!

さらには、こちらの日本語の論文。

「マラソンペースメーカーの主ランナーに対する空力影響」


複数の風よけのペーサーがいた場合に、どのように効率が変わるかを検証している。


単独走、2人で走る、3人で走る、4人で走る、のそれぞれのパターンで検証している。

人数が多くなればなるほど、風の影響を軽減できる。


が、最も効率が良いパターンは、

「3人で走って、真ん中で走る」

このパターンだ。

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3人の真ん中を走ると風の影響が少ない
※上記論文のFig.6より


単独走と比較して、3人の真ん中で走ると、風の抵抗は「約11%」まで軽減されるという。


なお、誰かの後ろにピタッとつくと、「約24%」まで風の抵抗を軽減できる。


さらに、3人の集団で走る場合、先頭のランナーも、後ろに付いた2人のランナーの影響で、風の抵抗を軽減できる。

この力学は、少々複雑なので、説明は割愛する。
※論文には、シミュレーション結果は掲載されています


ちなみに、ランニングにおける風の影響を語る場合は、遅く走ったとしても、レイノルズ数が10の3乗を超えるような大きな値であり「乱流」の議論になる。


そのため、本質的には、

「誰かの後ろについて走ることは、風の影響を軽減する」

と結論付けて問題ない。

まとめ

風が強い日のレースは、厳しい戦いになる。

だが、誰かの後ろにピタッとついて走ることで、風の影響を大幅に軽減できる。


もし恵まれた環境で2人のペーサーがいたとしたら、ペーサーに挟んでもらって、3人の真ん中を走ると良い。

そして、風の壁になってくれるランナーは、なるべく体が大きい人が良い。


速く走れば速く走るほど、風が強ければ強いほど、風よけの効果が大きくなり、

そんなに速く走れなく、風が弱いと、風よけの効果は小さくなる。


それでも、誰かの後ろにピタッとついて走ることで、風の影響を軽減できる。


だいたい、前の人の身長の半分くらいの距離にピタッとつけると良い。

身長170cmのランナーの後ろを走るのであれば、85cm後ろをピタッとつけて走ろう。



論文上、誰かの後ろに付くことで7.5%のエネルギーコストが軽減されると報告されているが、

実際は、マラソンのレース中、最初から最後まで、前方から風が吹いているわけでもないし、

それほど大きな効果は得られない可能性が高い。



でもね、風が吹いていなかったとしても、誰かの後ろをピタッとつけて走ることは、少なからず効果がある。


いいか、前のランナーの身長の半分の距離を目安にピタッとつけて走るんだ。


その1秒を削り出すために。



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