游泳的推力理論發(fā)展

1、游泳的推力理論發(fā)展游泳的推力理論發(fā)展游泳的推進力現(xiàn)在，我們探討影響游泳推力的定律。本章的第一部分我們將分析這些定律。本章的第二部分，我們將探討影響臂、腿推力的三要素――動作方向、攻角和劃速。游泳推力理論從前，人們描述運動員劃水動作時，把手臂形容為槳，或輪船推進器上的葉片。圖1就是當時人們告訴運動員爬泳時的劃水路線。人們告訴運動員，應(yīng)直臂，也就是說，爬泳劃水動作像輪船推進器上的葉片劃水動作一樣。然而，水下觀察表明，運動員在4種泳式游進過程

2、中，實際都在做屈臂劃水動作。這類觀察使人們開始利用科學(xué)原理去解釋游泳推力問題。下面介紹幾種推力的阻力理論。直線后推前游理論康西爾曼于1968年，塞爾維亞于1970年分別撰文介紹了推力的這一理論。他們當時認為牛頓的運動第三定律是運動員推進自身游進的主要物理學(xué)定律。該定律指出，每一個動作都可產(chǎn)生一個大小相等、方向相反的反作用力（Feveryactionthereisanequaloppsitereaction）。具體地說，向后推水時，水會產(chǎn)

3、生一個與運動員用力大小相等，推動其身體前游的力。康西爾曼和塞爾維亞均注意到運動員在劃臂過程中，兩臂輪流做屈伸動作。他們認為，如此動作的原因在于可把水直接后推較遠的距離，只有把水向后推較遠距離，才能使身體游得更快，游得更遠。根據(jù)這種理論，手的作用與后劃的船槳相似。他們確信，劃水動作的前三分之一，通過逐漸屈肘，直接后劃；在劃水的后三分之一，通過逐漸伸肘，繼續(xù)直接后劃。同時，這一理論的支持者們當時提出，臂如果偏離后劃方向，會增大游進阻力，并使

4、推力下降。當時人們將水下劃水動作的前程稱為抱水（pull）后程稱為推水(push)。曲線后劃理論人們廣泛認同康西爾曼和塞爾維亞的這一理論。這一理論多年之內(nèi)對世界各國游泳技術(shù)教學(xué)產(chǎn)生深遠影響。然而后來，康西爾曼采用水下攝影術(shù)發(fā)覺，手掌在體下并不是做直線后劃動作，而是做曲線后劃動作?？滴鳡柭J為，運動員如此劃水的目的是在向后的較短距離內(nèi)可劃到大量的水，可避免在向后的較長距離內(nèi)只劃到少量的水。這一研究結(jié)果導(dǎo)致人們對原先的推力阻力理論做了修正，

5、開始建議手掌按S型的路線在體下和體側(cè)劃水。圖3是根據(jù)阻力推力曲線后劃理論繪制的自由泳劃水路線仰視圖。拋棄直線后劃，轉(zhuǎn)而采用S型劃水動作的理論基礎(chǔ)是與劃靜水或劃流速較慢的水相比，劃后流較快的水需用更大的力。這是因為運動員劃動的這一抱水一且獲得向后流動的動量，除非劃速超過這抱水后流速度，否則再用原來的力量劃水，這抱水不可能再加速后流。然而，通過改變手掌的劃水方向，技術(shù)高超的選手可在劃過上一抱水之后，再找到“新水”或靜水后劃。由于運動員僅需付

6、出較小的肌力，獲得較大的推力，還由于加長了劃水路線，從而會節(jié)省能量。由此可見，曲線劃水的優(yōu)點是：機翼的特殊形狀使流經(jīng)機翼上部氣流流速快于流經(jīng)機翼下部氣流的流速。由于機翼上表面的形狀是弧型的，所以與下表面相比，上表面的長度較長。上表面的氣流必須加快移動速度，才能在同一時間，與下表面氣流同時到達機翼的另一側(cè)。由于流速的加快，使機翼上部受到的壓力小于機翼下部受到的壓力。由于物體傾向于從高壓區(qū)向低壓區(qū)移動，這種壓差推動飛機不斷上移。人們將壓差形

7、成的向上的力稱為升力（Lift），如圖所見，升力的方向總是垂直于阻力（drag）方向。康西爾曼與布朗建議，劃水時手掌盡量與機翼的形狀保持一致，以便像機翼那樣，產(chǎn)生升力。伯努利原理認為，游泳時推力產(chǎn)生原理如圖6所示。圖6是蝶泳運動員游迸的仰視圖，此時雙手在體下向后內(nèi)方向劃水。內(nèi)后劃水動作產(chǎn)生的阻力方向是相反的，即阻力方向朝向外前的。因為雙手向內(nèi)劃動，水流通過手掌從大拇指側(cè)向外，向小指側(cè)流動。根據(jù)伯努利利原理可知，運動員手背側(cè)的水流（圖6左

8、手上方細箭頭表示）需加速流動，才能與掌心側(cè)的水流（圖6左手下方粗箭頭表示）同時流至小指側(cè)。因為手背側(cè)水流流速較快，手背處受到的壓力較小，而掌心側(cè)水流流速較慢，手掌處受到的壓力較大。在圖6上，手背、掌心側(cè)的壓力用、號表示。掌心、掌背間的壓力差將產(chǎn)生一升力，該生力作用方向向內(nèi)，這一升力矢量如圖6所示。此升力與阻力結(jié)合產(chǎn)生的合力推動運動員前游（說明：圖6是仰視圖。所以合力矢量指向上方。此合力矢量實際上應(yīng)指向運動員游進的前方）。過去20年間，各

9、國教練員普遍接受了升力理論，其原因是這種理論為運動員采用搖櫓劃水動作作為推力提出科學(xué)合理的依據(jù)。然而，下面我會再次提出牛頓的運動第三定律也許對推力起更大的作用，雖說我們還沒詳細探討與推進阻力理論有關(guān)的問題。在探討推進阻力理論之前，我想談?wù)劻硪煌屏碚摰膯栴}。游泳推力的渦旋理論1984、1985年，科爾文提出一種游泳推力理論建立在渦旋形成和消散的基礎(chǔ)上。這就是人們常說的游泳推力的渦旋理論。大多數(shù)游泳專家通過臂腿動作研究游泳推力，然而科爾文

10、卻把目光轉(zhuǎn)向水的流動及水流推力的作用上?？茽栁奶岢觯夹g(shù)高超的游泳選手使用兩種推力，既翼葉推力和渦環(huán)推力。他認為，一般說來，翼葉推力產(chǎn)生于臂劃水動作的前程，渦環(huán)推力多半產(chǎn)生于臂劃水動作的后程。翼葉推力翼葉推力是水流反旋產(chǎn)生升力的結(jié)果。反旋（Boundvtex）是指環(huán)繞翼葉旋轉(zhuǎn)的水團。翼葉周圍水流形成反旋方式如圖7。流經(jīng)翼葉下部的水流在翼葉尾部的后上方形成螺旋的渦流，人們將這個渦旋稱為起動旋（Startingvtex）。由于翼葉上方壓力較