クリフ・カポノ博士とマット・ロットによるサーフボードフィンの科学的解説

2025年8月26日

ここハワイアンサウスショアでは、たくさんのサーフボードとフィンを目にしますが、それらを機能させる流体力学の原理には常に魅了されてきました。私たちはこれまで、フィンのデザインのさまざまな側面や、それがサーフボードの乗り心地にどのように影響するか（およびさまざまなフィン構成の長所と短所）について、いくつかのチュートリアルやブログを公開してきました。

しかし、これまで多くの人が私に教えてくれたフィンに関する情報は、ほとんどが個人的な経験やシェイパーや他のサーファーからの一般的な説明に基づいた非科学的なものでした。興味深いことに、サーファー/科学者のクリフ・カポノ博士は最近、フィンが実際にどのように機能するかを調べた査読済みの科学雑誌の記事を発見し、その研究をInstagramの投稿で共有しました。今日、ハワイアンサウスショアの常駐サーフオタク、マット・ロットがカポノ博士のビデオの情報を検証し、素人にもわかるように解説します。

サーフボードのフィンが重要な理由

フィンは常に、私たちのサーフボードの縁の下の力持ちであり、過小評価されてきた存在です。フィンは推進力、安定性、揚力を提供し、デザインやサイズのわずかな変更でも、サーフボードの乗り心地に大きな影響を与えます。これは、実際のサーフボードのデザインの同様の変更よりもはるかに大きいです。クリフが取り上げたこの記事は、フィン性能の流体力学を査読済みの科学データに分解したもので、私が知る限り初めてのものです。これは非常に興味深いことでした。

科学的研究について

まず、いくつかの注意点があります。Stefan Kneisburgesとその同僚による「サーフィン中のサーフボードフィンにかかる流体力学的圧力の測定」と題された研究は、Scientific Reportsに掲載され、主に揚力に焦点を当て、ドイツの河川にある人工の定常波でフィンをテストしました（異なるエネルギー帯を持ち、異なったサーフィンをされる実際の海の波とは異なります）。とはいえ、彼らが使用した特殊な3Dプリントフィン（FCS G5フィンに基づく）には、フィンが水中を移動する際の相対的な定数である圧力を測定する高感度な機器が搭載されていました。

クリフ・カポノ博士のInstagram投稿

飛行機の翼のようにフィンが機能する仕組み

重要なのは、サイドフィンが飛行機の翼と同じ概念、つまり揚力で機能するということです。これらのフィンは通常、飛行機の翼のように、湾曲した外側と平らな（または湾曲が少ない）内側を持っています。飛行機の翼が機能する原因は、翼の湾曲した上面を流れる空気は、翼の平らな下面を流れる空気よりも長い距離を移動しなければならないという事実にあります。そのため、湾曲した側の空気はより速く移動し、低圧環境を作り出します。一方、下面の空気はよりゆっくりと移動し、高圧を作り出します。この下方からの高圧と上方からの低圧により、翼は揚力を発生させ、飛行機が飛ぶことができるのです！

研究結果

波の面をフィン（飛行機と同様に、片側が丸く、もう片側が平らなフォイル形状）が移動するとき、水の中でも同じことが起こります。しかし、フィンは垂直（上下方向）に配置され、飛行機の翼は水平に配置されます。したがって、サーフボードのフィンによって生成される揚力は上方向ではなく、外側（ストリンガーからレール方向）に働きます。これはまさに科学研究が測定したものです。フィンのセンサーは、サーフボードが移動する方向（左または右）に関係なく、常にストリンガーからレールに向かって圧力がかかっていることを発見しました。速度が速いほど、圧力が大きくなりました。実際、最大300ニュートンの圧力が測定され、これは約30kgの子供にかかる重力に相当します。（次に子供が通りかかったら抱き上げてみてください。その子供を持ち上げるのにかかる力は、波に乗っているときにフィンにかかる水の力に相当するのです）。

サーファーにとって揚力が重要な理由

では、私たちはサーフボードで飛ぶわけではない（水平な翼を使って飛行機のように飛ぶフォイラーとは違う）ので、この揚力は私たちサーファーにとってどんなメリットがあるのでしょうか？水はフィン（ストリンガーからレール方向）の内側から押し付けられ、圧力を発生させます。サイドフィンが1本しかなければ、水がフィンに押し付けられ、ボードがスピンアウトしてしまいます。しかし、2つの対称的なフィンが協力して機能するため、それぞれが等しく反対の力を受けて互いに反発し合うことで、ボードは波の面で安定し、コントロールしやすくなります。同時に、フィンによって生成される揚力は、推進力を生み出し、ボードをより速く水中を移動させる等しく反対の力を生み出します。

揚力とスピードのバランス

揚力について興味深いのは、揚力を生み出す設計特性は、同時に物体の速度を低下させるということです。別の言い方をすれば、翼やフィンが上部で湾曲が強く厚いほど、より多くの揚力を生み出す（湾曲した側面と平坦な側面の差が大きくなるため）が、空力学的または流体力学的に劣るため、空気中または水中をよりゆっくりと移動するということです。長年にわたり、サーフボードとフィンの設計者は、最適な揚力と推進力の両方を提供するために、フィンに施すフォイルの完璧な組み合わせを見出してきました。彼らは科学的な機器を使用したわけではないかもしれませんが、100年以上にわたる試行錯誤と何百万ものサーフボードが、同様に非常に効果的です！