游泳中的力學(xué)原理

1、游泳中的力學(xué)原理從遠(yuǎn)古時(shí)代，人類為適應(yīng)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(dòng)之一，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)地發(fā)展歷程。游泳是廣大群眾喜愛(ài)的一項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)，對(duì)于鍛煉身體，增強(qiáng)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(yùn)會(huì)競(jìng)賽項(xiàng)目，是奧運(yùn)會(huì)僅次于田徑運(yùn)動(dòng)的金牌大戶。當(dāng)今的游泳賽場(chǎng)上,共有四種游泳姿勢(shì):蛙泳、蝶泳、自由泳、仰泳。從力學(xué)的角度看，各種姿勢(shì)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(guó)、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(shí)候,人們?cè)诳吹角嗤苡斡竞笫艿絾l(fā),便發(fā)明了這樣一種美麗的

2、泳姿。蛙泳時(shí)，運(yùn)動(dòng)員面朝下，水平浮在水面上拉攏雙臂，最后在水中合攏，姿勢(shì)就像青蛙。蛙泳推進(jìn)力來(lái)自手臂劃水和腿的蹬水兩個(gè)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(dòng)的介質(zhì)，因此直接后會(huì)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(duì)推進(jìn)力的形成產(chǎn)生了不同的觀點(diǎn)，阻力中的垂直分力推進(jìn)還是升力推進(jìn)的問(wèn)題，目前的觀點(diǎn)認(rèn)為，運(yùn)用伯努利定律(bernoullieffect)解釋游泳劃手推進(jìn)力是不夠的，因?yàn)樵趧澦^(guò)程中并不僅僅是改變了手掌前后的水流速度，沒(méi)有發(fā)生“科安達(dá)效應(yīng)”(coandaeffect)，也就沒(méi)有產(chǎn)生升力的

3、條件。在實(shí)際劃水過(guò)程中手臂是推動(dòng)了水，由于劃水角度不同，便產(chǎn)生了分力，在橫向劃水過(guò)程由于角度的原因，實(shí)際上是垂直分力推動(dòng)人體前進(jìn)。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(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員游泳時(shí)與水的接觸面積較大，易產(chǎn)生較大的阻力。其次，由于姿勢(shì)的限制，速度非常地不平穩(wěn)。最后，身體在水面運(yùn)動(dòng)時(shí)要受到水波的阻力，而國(guó)際泳聯(lián)比賽規(guī)則規(guī)定運(yùn)動(dòng)員只能在轉(zhuǎn)身時(shí)長(zhǎng)時(shí)間潛水而行。這導(dǎo)致蛙泳的速度要遠(yuǎn)比其他姿勢(shì)慢。蝶泳：19241936年期間，蛙泳最大的革新是劃水動(dòng)作結(jié)束后兩臂不再?gòu)乃星耙?，改為由空中移臂但仍采用蛙泳蹬夾腿的動(dòng)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(dòng)作基礎(chǔ)上演

4、變而來(lái)的。運(yùn)動(dòng)員采用兩臂劃水到大腿后提出水面，再?gòu)目罩羞w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(dòng)作酷似海豚，所以又稱為“海豚泳”。蝶泳的身體姿勢(shì)與其它泳姿不同，它沒(méi)有固定的身體位置。在游進(jìn)中頭和軀干有時(shí)露出水面、有時(shí)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(duì)位置。蝶泳在游進(jìn)中，是以橫軸（腰際）為中心，軀干和腿做有節(jié)奏的擺動(dòng)，主要發(fā)力點(diǎn)從手、腳轉(zhuǎn)到腰腹部。然后以大腿帶動(dòng)小腿，兩腿一起做上下的鞭狀打水動(dòng)作。而這些動(dòng)作與頭和臂部的動(dòng)作緊密聯(lián)系在一起，形成蝶泳所特有的波浪動(dòng)作，相互協(xié)調(diào)，盡量減少浸入水中的體積，因此前進(jìn)時(shí)身體的阻

5、力較小。但是，蝶泳并不是最快、最省力的姿勢(shì)。自由泳：由于自由泳不受任何姿勢(shì)限制，運(yùn)動(dòng)員自然會(huì)采用最快、最省力的泳姿，這就是爬泳。游爬泳時(shí)，人在水中成俯臥姿勢(shì)，兩腿交替上下大水，兩臂輪流劃水，動(dòng)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(shì)。這種姿勢(shì)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(shì)。自由泳的基本技術(shù)特點(diǎn)是，人體俯臥水中，頭肩稍高于水面，游進(jìn)時(shí)軀干繞身體縱軸適當(dāng)左右滾動(dòng)，兩臂輪流劃水推動(dòng)身體前進(jìn)。手入水后劃水路線呈s形，呼吸與劃水動(dòng)作協(xié)調(diào)。推動(dòng)身體前進(jìn)的動(dòng)力主要來(lái)自臂部的劃水動(dòng)作。所以，自由泳（即爬泳）的姿勢(shì)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(diǎn)，成為最快、最省力的姿勢(shì)。仰泳：最后談仰泳并不是因?yàn)樗詈螽a(chǎn)生，而是因?yàn)樗膭?dòng)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(dòng)作近似蛙泳，而身體姿勢(shì)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(yùn)會(huì)上的仰泳比賽都是采用反蛙泳姿勢(shì)。1912年第5屆奧運(yùn)會(huì)上首次出現(xiàn)爬式仰泳，美國(guó)運(yùn)動(dòng)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(jī)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(jìng)賽中的意義。仰泳主要通過(guò)腳的上下運(yùn)動(dòng)獲得推進(jìn)力。當(dāng)左腳向上踢時(shí)，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(shí)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(dāng)左腳向上踢腿時(shí)就產(chǎn)生推進(jìn)力。同理，右腳向下壓時(shí)也產(chǎn)生推進(jìn)力。因此，仰泳打腿就是依靠左腳上踢的推進(jìn)力加上右腳下壓的推進(jìn)力作用于身體重心獲得推進(jìn)力的。未來(lái)的游泳：游泳由于其在群眾體育和競(jìng)技體育中都占有極其重要的地位，游泳技術(shù)在未來(lái)必定還會(huì)有更大地發(fā)展和進(jìn)步。從內(nèi)在因素看，當(dāng)然姿勢(shì)最重要。未來(lái)的運(yùn)動(dòng)員應(yīng)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(jī)。從外在因素看，泳衣在游泳技術(shù)的發(fā)展過(guò)程的作用越來(lái)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