1、力学应用于游泳少年班 PB05000828 丁鹏飞一、题外话4500 年前，埃及人就已经在游泳了。今天，人们从爱琴海版画上还可以看到人们早在公元前 1600 年左右就已经在进行仰泳和爬泳的运动了。到了 19 世纪，游泳作为一项娱乐项目或体育运动才正式开始普及起来。我们东亚地区举行游泳比赛的最早证据可以追溯到公元前 1 世纪。现今，游泳已成为一项深受大众喜爱的体育运动，运动专家介绍游泳是唯一一项适合天从刚刚出的婴儿到垂暮之年的老人进行活动的运动项目，游泳锻炼对身体至少有以下四方面的好处：(1)改善心血管系统的功能(2)提高呼吸系统的机能(3)体形健美(4)改善体温调节的能力我本人也十分喜爱游泳，
2、学习了力学后，我尝试着把力学原理应用于游泳的过程中，竟小有收获。因而我在此就把我的收获跟大家分享与交流。本文主要就是来探讨力学在游泳中的应用。二、游泳中的阻力分析首先从水的简化阻力公式说起： 、(Re)2CSVF阻力F是与S（物体的投影截面）成正比；与 （物体运动速度的平方）成正比；与C（物体形状和表面的阻力系数）成正比；与Re（水环境的阻力系数）成正比。其中Re（水环境的阻力系数）与物体表面的阻力与游泳技术影响不大 。面对游泳的速度有一定的影响。所以，有些运动员在大赛前把身上的毛剃光，借此来减小磨擦阻力。随着科学的发展，做泳衣的面料更加先进，出现了仿海豚、鲨鱼皮的面料，更加轻柔高弹，更加光滑
3、。据说索普参加悉尼奥运会穿的泳衣，可以帮助他在100米中提高百分之几的成绩。而游泳技术与公式中的S、V、C的关系比较大。 （图一）图一图中带箭头的实线，表示迎面阻力，是与S成正比，投影截面越大迎面阻力就越大。因此，游泳时，身体越是成水平姿势，投影截面就越小，阻力就越小。反之，迎面阻力就越大。另外，在做有效划水的准备动作时，也尽可能缩小投影截面。例如蛙泳收腿时，大腿不要收得过多，小腿要跟在大腿投影后面，向前伸臂时，以手指领先等，都可以减小投影截面。从而减小了迎面阻力。(图一)中的浪花表示漩涡阻力。漩涡阻力最小的是流线型体，如果流线型体的阻力系数为1，那么截面相等，速度相同的其他形状物体的阻力要大
4、许多，甚至30-100倍。这是因为，物体前面的形状越非流线型，压力就越大，物体后面的形状越非流线型，漩涡就越多，压力就越小，物体前后的压力差越大，所受的形状阻力越大。因此，在游泳时保持身体的流线型是非常重要的。在出发和转身后的滑行中，身体要保持平直和一定的紧张度，做好流线型，以减少漩涡阻力。比如最广泛掌握的蛙泳应先伸臂再蹬腿，让手臂接近伸直，做好流线型再蹬腿，不要屈臂在胸前或伸臂同时蹬腿。另外，蹬完腿应拼拢伸直，不要弯曲分腿。打腿时要伸直脚面，勾着脚都会在身后出现大面积的漩涡。另外身体的侧向摆动，蛇形游进，或向左右两侧打腿，也都会增加体侧后方的漩涡，因而增加了形状阻力。从公式我们知道，游泳时的
5、阻力，与速度的平方成正比，速度增加两倍，阻力就会增加四倍，在游泳中提高速度心须克服成倍增加的阻力。同时也告诉我们，在向前做有效划水的准备动作时，不要过猛过快，如蛙泳向前伸臂，和收腿时，不能过猛过快，在打腿时，不要主动向前弯曲小腿来打水，以免增加阻力。另外，我游泳时曾发现，匀速地前进，阻力相对要小些。如爬泳和仰泳中，当一臂结束划水前或正结束划水时，另一臂即开始划水，使前进速度比较均匀。而蝶泳（虽然我的动作十分不标准）则不然，两臂同时划水，不同时向前移臂，有“时快时慢”的情况，要费很大的力量去克服惯性。这就是爬泳、仰泳要比蝶泳游得快些和省力的原因之一。三、推进力推进力是身体在水中前进的动力，怎样在
6、游泳获得较大的推进力呢？根据牛顿第三运动是定律，作用力和反作用力的大小相等，方向相反。我们在向后作有效划臂、蹬（打）腿时，要尽量加大投影截面，和加快速度，这样能获得更大的反作用力，即向前推进力。例如蛙泳在向后蹬水的面积（而不是用脚底去蹬水）。而且蛙泳蹬腿，爬、仰、蝶泳打腿，都是用大腿带小腿做“鞭打”的动作，一方面力臂长，费力大而划水的效果差。这是因为直臂划水，会产生与前进方向不一致的分力，这个力不是推动前进，在爬泳，蝶泳中，造成身体上下起伏，而在仰泳中产生左右摆动。而高肘屈臂划水，使手掌和前臂形成最有效的划水面和合理的划水方向，并加长了有效的划水路线，从而取得最大的推动力。最不好划水动作是沉（
7、拖）肘屈臂划水（我初学时就是如此），因为小臂和手掌的对水面不好，划水面太小，划不到水。从作用力和反作用力大小相等，方向相反这一定律看，游泳时，应直线向后划水，但我看游泳比赛时，几乎找不到一个完全直来直去划水的优秀运动员。各种泳势的划水路线都是曲线的。为什么呢？我百思不得其解，索性端了一盆水，用手划着玩了起来。灵感就在这时闪现了！我发现水与固体不同，它是可以移动的支撑物，划水时，水对手产生反作用力的同时也随手向后流动，手再沿着直线划这股还在向后流动的水时，就如逆水游泳一样，效果就越差。而曲线划水，就同摇橹船的橹一样，曲线划水，可以不停地对着相对静止的“新水”给以作用，而得到支撑反作用力。可见，曲线划水虽然会有分力，但比起“划空”，推进力还是要大得多。四、结束语以上就是本人把力学用于游泳中的一点小小的收获。经过此番探讨，不仅我的力学知识得到了巩固，更重要的是这让我看到了力学的威力，激起了我进一步深入学习力学的兴趣。参考文献：李文静游泳学练问答 北京体育大学出版社希腊ARTOON出版社著水球、游泳、跳水 薛菁睿译 人民体育出版社另外通过游泳论坛http:/
