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游泳技术中的力学
摘要：凡涉及水环境的运动项目，运动员都不可忽视水的一条最重要的自然属性——水是一种流体。在物理学中，研究流体宏观运动的这部分力学称为流体力学。它又可以流体静力学和流体动力学，游泳项目因其必要的水环境与流力学有着不可分割的关系体。好的运动员不是改变水的流体属性，而是借助于水中的各种力来实现自己的水中活动。
关键词：流体力学
游泳技术
划水
阻力
推动力
任何一种体育运动最合理最完善的程度，都必须依照一定的基础原理进行分析并加以应用，游泳作为一项大众化的体育项目也是如此。流体力学是游泳技术力学分析的理论基础。在游泳技术中，运动员受力情况分析是较为复杂的这也是为什么游泳中有佼佼者，也有人却不尽人意。理论与实际存在一定的差异、复杂的受力情况、个人的因素等就把运动员的有用水平分成三六九等。
要想分析游泳技术中的力学问题，首先了解一下水的自然属性：（1）水的压力
水有压力。当人在水中是，如果水的深度超过胸部，就会明显感觉水的压力存在，因为，此时人在水中呼吸变得完全不同于平时在陆上呼吸那样轻松自如，尤其在吸气时感到费力。这种现象就是水的压力在起作用这是水的压力带来的不利之处。在水的压力带来呼吸调整问题的同时由于压力相关的压强为运动员提供了在水中漂浮的条件，根据压强P深度h水的密度ρ之间的关系，即P＝ρgh，上下表面的压强差形成的压力差把人在水中托起。
（2）水的流动性
水具有流动性。在物理学中，运动是相对的，以运动员为参照物，在游泳过程中，人与水之间由于划臂、蹬腿等动作产生相对运动，在水受到力的作用是会给人以反作用力，在力的作用下两者产生性对运动，流速的大小产生不同压强，由于压强差造成的压力差推动运动员运动。
（3）水的密度 密度是某种物质的质量和其体积的比值。其数学表达式为：ρ＝m／v，由于水的密度与人体相近，根据浮力公式：F=ρgv，所受浮力与重力相近。在产生的因运动造成的力的作用下，人可以把部分需要部位露出水面，完成简单换气。换气过程中身体露出水面的情况与人体当时受力有关，吸气前由于手脚划水作用改变原来受力平衡，使得头部露出水面。在吸气时胸腔变大，浮力变大，这是重力与浮力重新达到平衡。
在游泳过程中，要想取得好成绩不仅要了解水的属性，还要对力加以利用和克服： 1.阻力
游泳没有走得快，与跑更无法相比，空气与水对人体运动阻力的比值是其重要成因之一。这其中的主要原因是水的密度大约是空气的1000倍。不像跑步、骑自行车或者其它常见的人类运动形式可以将肌肉的大部分能量转换成前进运动,我们游泳时几乎要消耗90%多的能量去克服液体的阻力.当然,水的密度也多少能给我们提供一些昂首翘尾的机会,这意味着我们可以或深或浅地在水面漂浮,但是这要取决于我们身体的胖瘦比例和肺活量的大小。“同一物体在同样的速度下运动，水的阻力比空气阻力大800多倍。”空气阻力是水阻力的八百分之一。认知这种阻力差，变换手掌划水角度，减少水的阻力，增加游进动力，是提高泳速的关键。
（1）迎面阻力指的是，游泳前进时为了排开身体前方的水，而在迎面受到的阻力。这种阻力是游泳时的主要阻力之一。克服这种阻力的方法，就是尽量将身体成流线型。在这里，举一个最简单的例子。初学蛙泳的人，经常会犯一个毛病，就是：收腿时大腿往肚子那里收。这是完全错误
图1的，因为这样做破坏了流线型，让大腿成为前进时巨大的迎面阻力。正确的做法是小腿往屁股后面收。
（2）
摩擦阻力是水流过身体时，与身体摩擦而产生的。实验证明，高速运动的物体，如飞机等，摩擦阻力起重要作用。而对于象游泳这样的低速运动，摩擦阻力起的作用很小。所以，有些运动员剃光全身的毛，想以此减小阻力，其实并没有实验上的根据。现在有很多运动员穿鲨鱼装，性质也是这样。
（3）旋涡阻力是指，水在填充身体前进以后留下的空间时，产生的旋涡对身体的阻力。这也是游泳时主要的阻力之一。这种阻力，在很多情况下，表现为浪花产生的阻力。克服这种阻力，也是尽量让身体成为流线型。有的人游泳时，身体不是平着的，而是竖的或者斜的。这样做，迎面阻力很大，旋涡阻力也很大，所以是不正确的。物体前面的形状越不好，（非流线型），受力就大，物体后面的形状越不好，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（也称漩涡阻力）越大。因此，在游泳时保持身体的图2
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（图2）。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。爬泳、蝶泳、仰泳打腿时要伸直脚面，勾着脚都会在身后出现大面积的漩涡。
根据阻力公式
我们知道，游泳速度增加一倍，则阻力相应增加4倍。这是在推进阻力面积和正面阻力面积不变的情况下得到的结论。实际上运动员游进速度提高时，手臂上的转动点位置也随之下降，这时推进阻力面积和正面阻力面积的比值也发生变化。如果转动点在肘部时，推进阻力面积与正面阻力面积之比是1：3，当运动员速度提高一倍时，手臂上的转动位置由肘部降到腕部，这时的力量与速度关系就会很好的体现，可见提高游泳速度不仅要有力量上的优势，在水中的姿势也有很大关系。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，在爬泳、蝶泳、仰泳打腿时，不要主动向前弯曲小腿来打水。以免增加阻力。另外，游泳时，匀速地前进，阻力相对要小些。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。
2.推进力
所谓推进力顾名思义，就是推动前进的动力，在游泳过程中，运动员为了在水中前进通过相关部位的活动与水产生相互作用力，在水对人产生反作用力的情况下，人借助于这个反作用力在水中前进，水的反作用力就是人的推进力。那么在游泳比赛中，推动力就是运动员前进的动力，这也是决定前进速度的另一个重要因素。“因为游泳运动员不能把脚支撑在地面上，所以髋部就不能起到鞭把的作用,达不到使力量集中一点推动整个身体的实质目的。当我们以最大效率游泳的时候，躯干轴向转动推动在移
图3
臂的手臂前伸入水，同时也驱动另一只手臂向后推水。”推动力与阻力两者共同作用在运动员身上，在二力的合力作用下运动员有了改变运动状态的能力。
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（图3）。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 图4 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。（图4）最不好划水动作是沉（拖）肘反作用力大小相等，方向相反这一定律看，游泳时，应直线向后划水，但事实在实际中几乎找不到一个完全直来直去划水的优秀运动员。这是因为水是液体，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，就同民间摇橹船的橹一样，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。屈臂划水，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 结尾：在游泳过程中，技术占有关键地位，良好的游泳技术在很大程度上让人节省体力，减小阻力，增加推动力。但是在游泳时，人除了要很好的掌握自身熟悉的技术因素外，还要关注与水环境的因素，在不同的水环境下，要有针对环境所独有的特殊因素，例如：游泳池中的静水环境和江河中的动水环境，根据当时特有的条件在节省体力的情况下达到自己所希望的目的。文献：
1.J Y 康西尔曼 游泳的力学原理 1974 2.张志田 贾玉瑞 温仲华 游泳技术原理 1990 3.汪曦永 凡时芳 由中国游泳悉尼奥运失利引起的思考会 2001（02）4.伊协远 马晖扬 庄礼贤 流体力学多层次课程体系建设与教育改革【J】教育与现代化 1990年02期
5.刘福锦 刘强 吕丽 天津体育学院报 2001 第3期 6.薛乃树 物理教学探讨：中教版 2004 第8期
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