游泳中的力學原理

1、游泳中的力學原理從遠古時代，人類為適應生存環(huán)境，逐漸掌握的一種生存技能到幾天成為最為廣泛和最受歡迎的體育活動之一，經(jīng)歷了漫長地發(fā)展歷程。游泳是廣大群眾喜愛的一項體育運動，對于鍛煉身體，增強體質(zhì)，養(yǎng)生保健，防治疾病十分有益。1896年游泳被列為奧運會競賽項目，是奧運會僅次于田徑運動的金牌大戶。當今的游泳賽場上,共有四種游泳姿勢:蛙泳、蝶泳、自由泳、仰泳。從力學的角度看，各種姿勢有什么區(qū)別呢？蛙泳：蛙泳是一種古老的泳式。據(jù)資料記載，早在20004000年前的中國、羅馬、古埃及就有類似這種泳式的游泳。蛙泳也是第一種在游泳比賽中被采用的姿式。古時候,人們在看到青蛙游泳后受到啟發(fā),便發(fā)明了這樣一種美麗的

2、泳姿。蛙泳時，運動員面朝下，水平浮在水面上拉攏雙臂，最后在水中合攏，姿勢就像青蛙。蛙泳推進力來自手臂劃水和腿的蹬水兩個方面。蛙泳劃手的路線為三維曲線，近似如螺旋漿式，由于水是可流動的介質(zhì)，因此直接后會造成劃空的現(xiàn)象，不能獲得有效地支撐反作用力，曲線劃水是游泳技術(shù)的重要特征之一。由于曲線劃水也包含了橫向的劃水，這就對推進力的形成產(chǎn)生了不同的觀點，阻力中的垂直分力推進還是升力推進的問題，目前的觀點認為，運用伯努利定律(bernoullieffect)解釋游泳劃手推進力是不夠的，因為在劃水過程中并不僅僅是改變了手掌前后的水流速度，沒有發(fā)生“科安達效應”(coandaeffect)，也就沒有產(chǎn)生升力的

3、條件。在實際劃水過程中手臂是推動了水，由于劃水角度不同，便產(chǎn)生了分力，在橫向劃水過程由于角度的原因，實際上是垂直分力推動人體前進。但是，蛙泳的速度是很慢的。首先，蛙泳需要拉攏雙臂并且雙腿卷縮后在蹬出，這導致運動員游泳時與水的接觸面積較大，易產(chǎn)生較大的阻力。其次，由于姿勢的限制，速度非常地不平穩(wěn)。最后，身體在水面運動時要受到水波的阻力，而國際泳聯(lián)比賽規(guī)則規(guī)定運動員只能在轉(zhuǎn)身時長時間潛水而行。這導致蛙泳的速度要遠比其他姿勢慢。蝶泳：19241936年期間，蛙泳最大的革新是劃水動作結(jié)束后兩臂不再從水中前移，改為由空中移臂但仍采用蛙泳蹬夾腿的動作，出現(xiàn)了蛙泳的變形蝶泳。蝶泳技術(shù)是在蛙泳技術(shù)動作基礎(chǔ)上演

4、變而來的。運動員采用兩臂劃水到大腿后提出水面，再從空中遷移的技術(shù)，從外形看，好像蝴蝶展翅飛舞，所以人們稱它為“蝶泳”。由于它的腿部動作酷似海豚，所以又稱為“海豚泳”。蝶泳的身體姿勢與其它泳姿不同，它沒有固定的身體位置。在游進中頭和軀干有時露出水面、有時潛入水中，形成波浪形式上下起伏的變化位置，因此軀干各部分和頭不斷改變彼此間的相對位置。蝶泳在游進中，是以橫軸（腰際）為中心，軀干和腿做有節(jié)奏的擺動，主要發(fā)力點從手、腳轉(zhuǎn)到腰腹部。然后以大腿帶動小腿，兩腿一起做上下的鞭狀打水動作。而這些動作與頭和臂部的動作緊密聯(lián)系在一起，形成蝶泳所特有的波浪動作，相互協(xié)調(diào)，盡量減少浸入水中的體積，因此前進時身體的阻

5、力較小。但是，蝶泳并不是最快、最省力的姿勢。自由泳：由于自由泳不受任何姿勢限制，運動員自然會采用最快、最省力的泳姿，這就是爬泳。游爬泳時，人在水中成俯臥姿勢，兩腿交替上下大水，兩臂輪流劃水，動作很像爬行，所以人們稱之為“爬泳”。爬泳速度最快，爬泳也就成為自由泳的唯一姿勢。這種姿勢結(jié)構(gòu)合理，阻力小，速度均勻，是目前世界上最快、最省力的一種游泳姿勢。自由泳的基本技術(shù)特點是，人體俯臥水中，頭肩稍高于水面，游進時軀干繞身體縱軸適當左右滾動，兩臂輪流劃水推動身體前進。手入水后劃水路線呈s形，呼吸與劃水動作協(xié)調(diào)。推動身體前進的動力主要來自臂部的劃水動作。所以，自由泳（即爬泳）的姿勢最合理，阻力最小，而且克

6、服了其他泳姿速度不均勻的特點，成為最快、最省力的姿勢。仰泳：最后談仰泳并不是因為它最后產(chǎn)生，而是因為它的動作不固定，只要身體仰臥在水中即為仰泳。仰泳包括反蛙泳和爬式仰泳。反蛙泳是最早出現(xiàn)的一種仰泳，動作近似蛙泳，而身體姿勢相反。即人體仰臥水面，兩臂從頭后經(jīng)體側(cè)向后劃水。最初幾屆奧運會上的仰泳比賽都是采用反蛙泳姿勢。1912年第5屆奧運會上首次出現(xiàn)爬式仰泳，美國運動員h.赫伯納采用兩臂輪流劃水、兩腿上下打水的仰泳技術(shù)，以1212的成績獲100米仰泳冠軍，顯示了爬式仰泳技術(shù)的優(yōu)越性，而反蛙泳逐漸失去在競賽中的意義。仰泳主要通過腳的上下運動獲得推進力。當左腳向上踢時，踝關(guān)節(jié)的柔軟性決定了腳的伸展角度

7、，柔軟性越好向上踢產(chǎn)生的升力就越大。此時產(chǎn)生與踢腿方向相反的是阻力，與腳面成迎角,與阻力呈直角的是開力，所以當左腳向上踢腿時就產(chǎn)生推進力。同理，右腳向下壓時也產(chǎn)生推進力。因此，仰泳打腿就是依靠左腳上踢的推進力加上右腳下壓的推進力作用于身體重心獲得推進力的。未來的游泳：游泳由于其在群眾體育和競技體育中都占有極其重要的地位，游泳技術(shù)在未來必定還會有更大地發(fā)展和進步。從內(nèi)在因素看，當然姿勢最重要。未來的運動員應該可以鍛煉出更加流線型的身材、發(fā)明更快捷省力的泳姿以盡可能地減少身體與水的接觸面積，從而提高成績。從外在因素看，泳衣在游泳技術(shù)的發(fā)展過程的作用越來越明顯。比如現(xiàn)在所使用的由鯊魚皮制成的泳衣，可以很大程度上增加身體的流線型