游泳技術中應用的幾個力學原理

一、前言

我們大家知道，沒有正確理論指導的實踐往往是有較大的盲目性，容易走彎路，也常常是事倍功半。

所以我們要重視游泳理論知識的學習，用正確的理論來指導我們的游泳實踐，提高效率，少走彎路。

游泳的時候，我們同時受到了阻力和推進力這兩種力的影響。

下面介紹在游泳技術中應用的幾個力學原理。

二、阻力

首先從水的簡化阻力公式

說起：

阻力F是與S:物體的投影截面成正比；與V²：物體運動速度的平方成正比；與C：物體形狀和表面的阻力係數成正比；與Re：水環境的阻力係數成正比。

其中Re（水環境的阻力係數）與物體表面的阻力與游泳技術影響不大。

面對游泳的速度有一定的影響。

所以，有些運動員在大賽前把身上的毛剃光，藉此來減小磨擦阻力。

隨著科學的發展，做泳衣的面料更加先進，出現了防海豚皮的 面料，更加輕柔高彈，更加光滑。

據說索普參加雪梨奧運會穿的泳衣，可以幫助他在100米中提高百分之幾的成績。

而游泳技術與公式中的S、V、C的關係比較大。

（圖一）

圖中帶箭頭的實線，表示迎面阻力，是與S成正比，投影截面越大迎面阻力就越大。

（圖二）

因此，游泳時，身體越是成水平姿勢，投影截面就越小，阻力就越小。

反之，迎面阻力就越大。

另外，在做有效划水的準備動作時，也儘可能縮小投影截面。

例如蛙泳收腿時，大腿不要收得過多，小腿要跟在大腿投影后面，向前伸臂時，以手指領先等，都可以減小投影截面。

從而減小了迎面阻力。

(圖一)中的浪花表示形狀（漩渦）阻力。

形狀阻力最小的是流線型體，如果流線型體的阻力係數為1，那麼截面相等，速度相同的其他形狀物體的阻力要大許多，甚至30-100倍。

（圖三）

這是因為，物體前面的形狀越不好，（非流線型），壓力就越大，物體後面的形狀越不好，漩渦就越多，壓力就越小，物體前後的壓力差越大，所受的形狀阻力（也稱漩渦阻力）越大。

因此，在游泳時保持身體的流線型是非常重要的。

在出發和轉身後的滑行中，身體要保持平直和一定的緊張度，做好流線型，以減少漩渦阻力（可圖示）。

蛙泳應先伸臂再蹬腿，讓手臂接近伸直，做好流線型再蹬腿，不要屈臂在胸前或伸臂同時蹬腿。

另外，蹬完腿應拼攏伸直，不要彎曲分腿。

爬泳、蝶泳、仰泳打腿時要伸直腳面，勾著腳都會在身後出現大面積的漩渦。

（圖四）

另外身體的側向擺動，蛇形游進，或向左右兩側打腿，也都會增加體側後方的漩渦。

因而增加了形狀阻力。

從公式我們知道，游泳時的阻力，與速度的平方成正比，速度增加兩倍，阻力就會增加四倍，在游泳中提高速度心須克服成倍增加的阻力。

同時也告訴我們，在向前做有效划水的準備動作時，不要過猛過快，如蛙泳向前伸臂，和收腿時，不能過猛過快，在爬泳、蝶泳、仰泳打腿時，不要主動向前彎曲小腿來打水。

以免增加阻力。

另外，游泳時，勻速地前進，阻力相對要小些。

爬泳和仰泳中，當一臂結束划水前或正結束划水時，另一臂即開始划水，使前進速度比較均勻。

而蝶泳則不然，兩臂同時划水，不同時向前移臂，有「時快時慢」的情況，要費很大的力量去克服慣性。

這就是爬泳、仰泳要比蝶泳游得快些和省力的原因之一。

三、推進力

推進力是身體在水中前進的動力，怎樣在游泳獲得較大的推進力呢？

根據牛頓第三運動是定律，作用力和反作用力的大小相等，方向相反。

我們在向後作有效劃臂、蹬（打）腿時，要儘量加大投影截面，和加快速度，這樣能獲得更大的反作用力，即向前推進力。

例如蛙泳在向後蹬水的面積（而不是用腳底去蹬水）。

而且蛙泳蹬腿，爬、仰、蝶泳打腿，都是用大腿帶小腿做「鞭打」的動作，一方面力臂長，費力大而划水的效果差。

（圖五）

這是因為直臂划水，會產生與前進方向不一致的分力，這個力不是推動前進，在爬泳，蝶泳中，造成身體上下起伏，而在仰泳中產生左右擺動。

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，並加長了有效的划水路線，從而取得最大的推動力。

（圖六）

最不好划水動作是沉（拖）肘屈臂划水，因為小臂和手掌的對水面不好，划水面太小，劃不到水。

從作用力和反作用力大小相等，方向相反這一定律看，游泳時，應直線向後划水，但事實在實際中幾乎找不到一個完全直來直去划水的優秀運動員。

各種泳勢的划水路線都是曲線的。

（圖七）

這是因為水是流支斬液體，是可以移動的支撐物，划水時，水對手產生反作用力的同時也隨手向後流動，手再沿著直線劃這股還在向後流動的水時，就如逆水游泳一樣，效果就越差。

而曲線划水，就同民間搖櫓船的櫓一樣，曲線划水，可以不停地對著相對靜止的「新水」給以作用，而得到支撐反作用力。

可見，曲線划水雖然會有分力，但比起「劃空」，推進力還是要大得多。

四、彩蛋

文末分享一本上世紀八零年代的一本奇書《游泳力學》比較有趣。

清華大學出版社出版，作者董若允，1982年出版，僅有83頁。

閱讀請點擊左下角「閱讀原文」，提取密碼見本微信最底端的留言板中。