え？何だって？見た？シモーネ・バイルズは2019年全米体操選手権で、物理法則を無視した壮大なタンブリングパスを披露した。トリプルダブルと呼ばれる技だ。つまり、腰を通る軸を中心に2回転すると同時に、頭からつま先までを結ぶ軸を中心に3回転する。確かに難しい技だが、物理法則を無視しているのではなく、物理法則を利用している。
この技の3つのポイントを解説しましょう。物理的な原理は理解できますが、自宅の裏庭でトリプルダブルに挑戦するのはお勧めしません。
ジャンプ
どんな宙返りでも、ある程度の時間、地面から離れていなければなりません。そうでなければ、ただ床の上を転がっているだけの人間になってしまいます。確かに楽しいかもしれませんが、本当の意味での宙返りとは言えません。
人間が床から離れると、作用する力は基本的に重力のみです。これは下向きの力で、局所的な重力場（g = 9.8 ニュートン/キログラム）と人間（またはその他の物体）の質量に依存します。この一定の下向きの力により、人間は下向きに加速します。しかし、力と加速度はどちらも質量に依存するため、質量は相殺されます。地球表面上のすべての自由落下物体の加速度は、-9.8 m/s 2で一定です。
重力のもう一つの素晴らしい点は、それが垂直方向にのみ作用することです。つまり、水平方向には正味の力は作用しません。正味の力が作用しないということは、速度の変化がないということです。シモーヌが空中に飛び出すと、彼女の重心は一定の速度、つまりジャンプ前の水平方向の速度と同じ速度で動きます。
しかし、垂直方向では、彼女はある程度の垂直速度を持って上向きに飛び上がります。この速度は上昇するにつれて減少し、ジャンプの最高点でゼロになります。最高点でゼロになると、彼女は下降を開始し、速度を上げて床に戻ります。
この動きは一定の加速度を持つため、「運動方程式」と呼ばれるものでモデル化できます。これは位置、速度、時間の関係であり、次のようになります。
レット・アラン
このタンブリングパスでは、シモーネの開始位置と終了位置は同じなので、どちらもゼロとしましょう。合計時間がわかれば、彼女の最初の上昇速度を求めることができます。動画（およびTracker Video Analysisを使用）を見ると、滞空時間は合計1.18秒です。確かに、実際よりも長く見えますが、それでも素晴らしい滞空時間です。つまり、発射速度は毎秒5.78メートル（時速約13マイル）となります。
もし彼女がこの打ち上げ速度を7m/sに上げたらどうなるでしょうか？ 滞空時間は1.43秒になります。はい、それでもまだ非常に短いです。ここで重要なのは、長時間空中に留まるのが非常に難しいということです。空中で回転技をしたい場合は、長く空中に留まることよりも、より速く回転することに集中する必要があります。ジャンプは難しいのです。
ひっくり返す
用語の意味を明確にしておくと、フリップとは、腰を通る軸を中心に人間が回転することです。こちらは以前の投稿のために作成したアニメーションです（はい、これはPythonとGlowScriptを使って作成しました）。
レット・アラン
回転は赤い矢印で表され、回転軸に沿って指しています。これが反転です。
ここで重要なのは、空中にいる間に体を完全に軸周りに回転させることです。完全に回転しないと、悪い結果が起こります。幸いなことに、シモーネ・バイルズはこのタンブリング技の宙返りの段階で有利なスタートを切っています。ジャンプが始まる前から既に回転を始めています。トリプルダブルの前の動きでは、彼女は約11.8ラジアン/秒（1.9回転/秒）というかなり大きな回転速度でスタートします。
空中に浮上すると、彼女は腕と脚を折り込むことで速度をわずかに上げ、約12.2rad/sまで加速します。外部からのトルクがない場合、彼女の角運動量は一定です。角運動量とは、回転速度と質量分布の両方を考慮した物体の回転の尺度です。彼女の体重の一部が回転軸に近づくため、質量が角運動量に与える影響は減少します。角運動量を保存するには、回転速度を上げなければなりません。これが、「タック」フリップがレイアウト（体がまっすぐな状態）よりも簡単な理由です。
ねじる
このトリプルダブルの最後の要素は、トリプルツイストです。ツイストとは、頭から足まで伸びる軸を中心に人体を回転させる動作です。こちらがアニメーションです。
レット・アラン
しかし、シモーネの体操の技におけるツイストとフリップには大きな違いがあることに注目してください。彼女は床を離れる前から腰を中心に回転していましたが、まだツイストしていませんでした。彼女はこのタンブリングパスの最後の部分で、このツイストを加える必要がありました。空中でのツイストには2つの方法があります。
一つ目の方法はトルクツイストと呼ばれます。トルクは力の回転に相当します。力が物体の運動量を変えるのに対し、トルクは角運動量を変えます。しかし、空中にいる間はトルクをかけることはできません。地面に接地している状態でトルクをかける必要があります。片方の足で前に踏み出し、もう片方の足で後ろに蹴り出すと、トルクがかかります。このトルクが、地面を離れた瞬間にねじり運動を生み出します。とても簡単です。ぜひご自身で試してみてください。
レット・アラン
残念ながら、トルクツイストだけでは限界があります。2つ目の選択肢は角運動量のツイストです。人が空中に浮上すると、体勢を変えることができます。この体勢の変化によって非対称の質量分布が生じ、驚くべき結果が得られます。角運動量は一定のままですが、角速度（回転方向）は変化します。角速度（赤い矢印）と角運動量（黄色い矢印）の両方を矢印で表すと、このツイストは次のようになります。
レット・アラン
角運動量が一定であることに注目してください。空中にはトルクがないので、当然のことです。しかし、一体どうやってこれを実現しているのでしょうか？シモーネが空中で片方の腕を上げ、もう片方の腕を下げていることに注目してください。これにより質量分布が変わり、ねじりが始まります。覚えておいてください、彼女は3回もねじっています。おかしいですか？ええ、難しい動きです。それでもシモーネはそれをやり遂げます。
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