楊梅

摘? 要：游泳運動作為深受人們喜愛的一項運動可以強身塑體，同時它也是我國的優(yōu)勢運動項目。涉及到水環(huán)境的運動項目均需關(guān)注水體力學因素，通過利用水體力學原理、優(yōu)化運動技巧等方式，可更好地實現(xiàn)在水中自如活動的目標?；诖?，本文就游泳速度中的力學因素進行分析，旨在充分發(fā)揮出力學因素在提高游泳成績中的積極作用，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：游泳速度? 力學因素? 受力作用

中圖分類號：G80? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2813（2019）06（b）-0019-02

在物理學中，對水體力學因素的研究主要劃分為流體靜態(tài)學及流體動態(tài)學兩部分。游泳作為常見涉水運動項目之一，與水體環(huán)境及流體動力學密切相關(guān)。因此提升游泳速度，運動員需了解水體中的各項力學因素，明確最佳游泳方式及技巧，充分發(fā)揮出流體力學在游泳運動中的積極作用，獲得優(yōu)異的游泳成績。

1? 水的自然屬性

1.1 壓力

通常情況下，水深超過正常人胸部位置時，會讓人體感受到明顯的壓力，導致呼吸受到一定阻礙，吸氣難度加大[1]，造成此種現(xiàn)象的原因多與水的壓力有關(guān)。在實際游泳過程中，運動員可基于水壓作用下調(diào)解呼吸或姿態(tài)，通過壓力及壓強的作用，為其提供在水中漂浮的條件。

1.2 流動性

運動所產(chǎn)生的力是相對。以運動員作為研究對象，其在游泳過程中的劃臂與蹬腿動作會與水產(chǎn)生相對的作用力，給人體在水中前進或翻滾等動作帶來反作用力。水流速度與水中的壓強密切相關(guān)，水體壓強受到反作用力的影響會產(chǎn)生一定壓強差。

1.3 密度

密度是物質(zhì)質(zhì)量與其體積之間的比值。由于水的密度與人體密度基本相似，因此依據(jù)浮力公式，人體浮力與重力也基本相近。在因游泳動作產(chǎn)生的力作用下，運動員可以將頭部露出水面，實現(xiàn)簡單的換氣。在換氣期間，身體露出部位面積可直接影響到人體的受力情況。在運動員吸氣時，因運動員手腳配合劃水動作，會改變水的受力平衡性[2]。不僅如此，吸氣也會導致胸腔體積增大，人體浮力提升，使得重力與浮力重新達到平衡。

2? 游泳速度力學因素分析

2.1 流體力學原理

在物理流體力學中，物體受力作用情況較為復雜，為更好簡化受力作用分析過程，需采用伽利略變換原理。具體而言，在人體軀干與手臂協(xié)同產(chǎn)生內(nèi)力期間，此些內(nèi)力與水體發(fā)生力的作用。在將伽利略變換原理應用在游泳項目中時，人體與水之間力進行不斷變換。人體運動狀態(tài)不可僅從人體軀干及手臂等進行分析，而應更從游泳技術(shù)及參照物角度方面來看。

2.2 參考物的確定

明確參照物及坐標系也是游泳力學分析的必要前提。就目前來看，大部分游泳研究均是將游泳手臂劃水的受力狀態(tài)作為研究重點，將人體設定為基本參照物。在人體為力學分析參照物的過程中，手臂運動會以肩關(guān)節(jié)為基本軸，向后以半圓弧形運動，手臂所有部位如上臂、手等均會受到水阻力的影響，產(chǎn)生向前的推動力[3]。因此只有在手臂得到固定支撐時，此種作用力才會出現(xiàn)，與當前流體力學規(guī)律嚴重不符;以游泳池作為參照物，游泳運動方式及其他運動方式存在極大的差異性。運動員在水中劃水的過程中，手臂無法得到固定支撐，因此向前運動的主要是軀干，而手臂是向后運動的。此種參照物的選擇可明確體現(xiàn)出運動規(guī)律及人體無法在水體中得到固定支撐的理論，有效反映出人體在水中的真實運動狀態(tài)。參照物是游泳力學因素研究分析的關(guān)鍵所在，需相關(guān)研究人員找準參照物，還原最真實的運動狀態(tài)。

3? 游泳動作受力作用分析

3.1 手臂受力

在當前關(guān)于游泳運動的書籍及教材中，均認為手臂劃水期間，水壓中心位于前臂上，整個手臂均可受到力的作用產(chǎn)生推動力。此觀點在游泳技術(shù)力學角度上來看，存在一定誤區(qū)。依舊以游泳池作為參照物，手臂是以肩關(guān)節(jié)帶動軀干向前運動，手臂下部向后運動[4]。此時手臂受力情況為：人體做出劃水動作時，手臂前端會產(chǎn)生力，而手臂在遇到水的阻力后，因阻力小于手臂運動力，會使手臂向后移動。阻力在動量瞬間會將力傳遞到肩關(guān)節(jié)部位。因阻力大于手臂運動力，會使肩關(guān)節(jié)部位向前運動。因整個手臂之間的力相反，且具有極大的力矩，手臂以某一點作為轉(zhuǎn)動點，從而帶動身體身體向前運動。

3.2 手臂轉(zhuǎn)動點

在以游泳池為參照物的過程中，手臂劃水的轉(zhuǎn)動位置不在肩關(guān)節(jié)，而是在手臂保持的某一點上[5]。轉(zhuǎn)動點的位置是固定不變的，在運動員劃水期間，轉(zhuǎn)動點會因手臂長短及推進力的變化而變化，當推進力增大的情況下，轉(zhuǎn)動點位置越接近手掌。經(jīng)實驗研究表明，運動員在劃水過程中，開始點與推水結(jié)束點的距離會發(fā)生明顯改變。而游泳速度與此距離長短密切相關(guān)，當開始點與推水結(jié)束點距離相近時，游泳速度更快，反之手臂開始點與推水電結(jié)束位置越遠，游泳速度越慢。

因運動員的游泳水平存在明顯差異，手臂上轉(zhuǎn)動點位置也各有不同，轉(zhuǎn)動點變化更可直接影響到運動員手臂推進阻力面積的大小[6]。如運動員手臂轉(zhuǎn)動位置與腕關(guān)節(jié)處接近，則產(chǎn)生阻力的面積僅有手掌，游泳受到的正面阻力增強。因此在實際游泳過程中，需使用屈臂高肘的游泳姿勢，增大推進力面積，提升游泳速度。

3.3 壓力中心

從手臂推進作用力角度來看，壓力中心位于前臂上，因此在為提升游泳速度，需增加及改善前臂形狀阻力與水角度。通過手臂轉(zhuǎn)動點分析發(fā)現(xiàn)，游泳水平較高的運動員轉(zhuǎn)動點明顯下移，并不只局限在前臂上，而是多集中在手掌中。同時，依據(jù)游泳速度要求，運動員游泳動作也應做出相應的調(diào)整。如在快速游項目中，運動員應適當彎曲手臂，將手掌與水面之間保持垂直的狀態(tài)，更好控制水體中的壓力中心。

3.4 阻力增長

通過阻力作用可知，當游泳速度提升時，阻力會相應增大。但事實上游泳運動員游泳速度的提升會導致手臂上轉(zhuǎn)動點位置下降，推進阻力面積與正面阻力面積之間的比值發(fā)生明顯變化。當轉(zhuǎn)動點在肘部位置時，推進力面積與正面阻力面積的比例為1︰3。當手臂轉(zhuǎn)動點位置移動到腕部以上位置時，推進力面積與正面阻力面積之間的比例為1︰7。由此可見，在游泳速度提高時，推進力面積增長明顯，而運動員手臂上的推進力也會進一步提高。為更好提升游泳速度，需游泳運動員從增強手臂力量練習等方面入手，不斷增長手臂推進力。

3.5 手臂動作

依據(jù)現(xiàn)代游泳理論來看，直臂劃水的動作具有一定局限性，需采用屈臂高肘動作來提升游泳速度。而就手臂轉(zhuǎn)動位置理論分析結(jié)果來看，運動員劃水期間的手臂轉(zhuǎn)動點與壓力中心向下移動，前臂推進阻力減弱，屈臂高肘動作難在優(yōu)秀游泳運動員中發(fā)揮出更大作用。同時，將人體軀干作為參照物，對手臂動作狀態(tài)進行分析，當手臂劃水角度速度相同時，推水動作及肘部達到相同位置，直臂劃水的速度會比曲臂劃水速度更快。

屈臂高肘會時手掌劃水的線速度降低，導致劃水實效性不明顯，需在原有基礎上加入屈腕技術(shù)，確保劃水期間的手掌以最大面積接觸到水體，切實提升劃水速度。同時，直臂劃水會使手掌線速度及劃水路徑延長，增加劃動幅度。而采用屈腕方式可保障手掌以最大面積劃水，但也會引發(fā)劃頻下降等問題出現(xiàn)。因此為切實提升游泳速度，還需將劃幅與劃頻進行統(tǒng)一，確保游泳速度的最大化。雖然運動員手臂長度存在一定差異性，但通過改變游泳期間曲臂角度，可對劃幅與劃頻進行更好控制。具體而言，手臂較短運動員可采用直臂劃水的方式，增加手臂長度，獲得更高游泳速度;手臂較長的運行員可采用微曲臂劃水方式在，在保障力量達到極限的前提下，將手臂進行適當?shù)目s短，更好控制劃幅與劃頻。

4? 游泳速度與力學因素的影響

4.1 阻力

游泳因受到空氣與水體阻力的影響，運動難度更大，消耗能量更高。由于水的密度遠大于空氣密度，因此游泳需耗費人體大約90%的能量去及抵抗水體中的阻力。水阻力及密度同時也為人體在水面上漂浮提供了必要條件。人體自身重量、肺活量的大小可直接影響到游泳速度。當同一物體依照同樣速度下水運動時，水的阻力要比空氣阻力大800倍左右。深入分析水體阻力差，通過變換手掌位置來控制水體比例，是提高游泳速度的關(guān)鍵技巧。

在游泳運動中，人體會受到兩種不同的阻力：第一，迎面阻力，游泳前進排開身體前方的水而產(chǎn)生的阻力被稱之為迎面阻力，為降低迎面阻力對游泳速度造成的不利印象，需將身體盡量保持流線型的狀態(tài);第二，摩擦阻力，當水流過人體后，水體與人體表面摩擦產(chǎn)生的力被稱之為摩擦阻力，對于游泳此種低速運動而言，為降低摩擦阻力大小，需從游泳設備，如泳褲設計等方面入手。

4.2 推進力

水體中推進力主要就是推動人體前進的力。在實際游泳過程中，運動員為提升前進速度，需針對推動力原理對游泳動作進行進一步的調(diào)整。眾所周知，作用力與反作用力大小相等，方向相反。當運動向后劃臂時，產(chǎn)生力可推動人體向前。不同游泳姿勢的推進力大小具有一定差異性，需運動員對傳統(tǒng)曲臂作用與幅度進行調(diào)整，對水體給予一定的作用力，得到更多反支撐作用力，切實提升推進力及實際游泳速度。

5? 結(jié)語

總而言之，力學因素可直接影響到游泳速度，對運動員游泳成績至關(guān)重要。因此需對游泳力學因素進行深入研究，通過標準動作達到節(jié)省體力、減小阻力、增加推動力的目的。同時，在游泳期間，運動員還關(guān)注水環(huán)境，針對水環(huán)境特征，選擇最佳游泳姿勢。

參考文獻

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[5] 明罡，紅軍.運用流體力學原理提高自由泳手臂劃水中后期的推水效率探討[J].游泳，2014（5）：22-25.

[6] 謝春航，安瑞冬，李嘉，等.魚道進口布置方式對集誘魚水流水力學特性的影響研究[J].工程科學與技術(shù)，2017，49（S2）：25-32.