潘冬梅

(重慶交通大學體育部 重慶 400074)

游泳是一種憑借自身肢體動作和水的作用力，在水中活動或游進的技能活動［1］。在四大泳姿中，蛙泳動作技術難度系數(shù)不是最低的，但是蛙泳卻是首選學習泳姿。蛙泳動作與踩水動作相似，學會了蛙泳很容易掌握踩水技術，一旦掌握了踩水技術，安全就有了保障；蛙泳技術對于反蛙泳技術的學習也是正遷移的；蛙泳采用正面抬頭呼吸方式，在一定程度上可以減少初學者的恐懼感；蛙泳的節(jié)奏感比較強，每個動作周期結束后都有一定的間歇放松時間，游進比較省力，具有可長距離游進的特點和優(yōu)勢。由于人體重心偏下，在游進中人體腿部容易下沉，所以在游泳技術教學中，教學順序一般是先進行腿部技術教學。蛙泳腿是蛙泳前進的主要動力，掌握好腿部技術動作是學習蛙泳的關鍵［2］。但是在蛙泳教學中，學生學習蛙泳腿技術過程中會出現(xiàn)很多錯誤現(xiàn)象，歸根結底是因為教師對蛙泳腿技術只是單純地講解，而沒有運用相關的力學原理透徹地分析其原因，導致學生停留在“知其然，不知其所以然”的層面，達不到預期學習效果。當學生明白游泳技術的力學原理時，在游泳學習中就會運用掌握的理論知識進行思考和分析錯誤動作，并進行糾正，不斷完善蛙泳腿技術，提高蛙泳腿學習效率。

1 蛙泳時水的流體力學

由表1可知，隨著溫度的升高，水和空氣的密度都呈下降趨勢，但水和空氣的密度倍數(shù)關系卻是增加的。20℃時，空氣的密度是1.205kg/m3，水的密度是998.203kg/m3，水的密度是空氣密度的828倍多，與陸地上的運動相比，水對游泳者造成的阻力遠遠大于空氣中的阻力，在水中肢體向任何一個方向運動都會受到極大的阻滯。游泳時，水的阻力主要包括形狀阻力、興波阻力和碎波阻力以及摩擦阻力等，其中形狀阻力由運動物體前后的壓強差所致，也稱之為壓差阻力。游泳時，三大阻力所占比重為形狀阻力（壓差阻力）占總阻力的50%～80%，興波阻力和碎波阻力約占總阻力的20%～30%，摩擦阻力不超過總阻力的15%。形狀阻力是游泳時阻力的主要成分，所占的比重相當大，在3種阻力中居于首位，3 種阻力并非一成不變，會隨游速的增減有所改變［3］。形狀阻力的大小至關重要，減少形狀阻力就可有效減少游進中的阻力。由于蛙泳水下移臂和收腿動作給身體帶來了阻力，蛙泳的前進速度不像爬泳和仰泳那樣均勻。對蛙泳來說，設法減少阻力就顯得比其他泳姿更為重要［1］。形狀阻力與游進物體的形狀和姿勢關系密切，在相同結構參數(shù)下，“半橢圓+圓弧流線型”與“半橢圓+拋物線流線型”的阻力特性較好，“半橢圓+半橢圓流線型”次之，卡克斯流線型最差［4］。當然，在專業(yè)游泳運動員選材時，同等條件下，運動員的流線型指數(shù)＝（肩寬＋髂寬）÷（身高×2）×100，它也是選材時必要的參考指標之一。高速滑行時，頭部平行于身體時的阻力比頭部高于或低于人身體時阻力至少低20%［5］。流線型物體在水中遇到的阻力是最小的，即前后兩端逐漸變細、沒有突然的凸起、流暢的形狀。魚類的外形輪廓就是典型的流線型形狀。方形物體的阻力最大，因為物體前后的擋水面較大，造成水流被重度擾亂，前后壓差增大，阻力增大。故蛙泳的準備姿勢是要保持良好的流線型姿勢，即兩臂并攏盡量前伸，兩腿伸直并攏，繃腳尖。

表1 水和空氣密度表（kg/m3）

關于游泳的推進力產(chǎn)生的方式，從20 世紀初期直到現(xiàn)在，在不同的階段，有不同的推進力理論占據(jù)主導地位。從牛頓第三定律到伯努利定理，從阻力推進力到升力推進力等，到目前為止都尚無定論，一直還沒有完全被證實。盡管這些理論在游泳中的解釋還存在爭議，但目前能明確的是高效游泳技術的總體特征是游進中減少阻力，增大推進力［6］。探索游動過程中的阻力與推進力的產(chǎn)生機理，分析降低阻力及提高推進力的方法，是提升游泳訓練質(zhì)量的關鍵，降低阻力和提高推進效率是當前提升經(jīng)濟游泳性能最為有效的手段之一［7］。

1.1 收分腿動作

游泳時人體遇到的水阻力公式可表示為：F＝-1/2CSρV2，負號表示阻力的方向與人體運動速度的方向相反；C為人體在水中運動阻力系數(shù)，它與身體形狀及體表光滑程度有關，阻力系數(shù)也不是固定不變的，通過數(shù)值模擬可知阻力和阻力系數(shù)都是隨速度呈非線性變化的，但二者變化趨勢是不同的，阻力是隨速度增加而增加，變化幅度也越來越大，阻力系數(shù)則隨速度增加而減小，且減小幅度越來越平緩［8］；S為身體在運動方向上的投影截面；ρ為水的密度；V為身體運動的速度［1］。從公式中可以看出，當水的密度一定時，人體游泳時阻力的大小與身體形狀、身體在運動方向的投影截面和身體運動速度的平方成正比關系。蛙泳腿收腿時身體形狀發(fā)生改變，流線型姿勢隨之破壞，形狀阻力變大，雙腿向前收腿時，大腿和髖關節(jié)前側都有橫截面積，身體在運動方向上的投影截面必然增大，此時，小腿和腳踝如果能在大腿和髖關節(jié)投影面內(nèi)完成前收動作，就能減少身體在游進方向的投影截面。此外，水阻力是與速度平方成正比，收腿速度越快，水阻力越大，故蛙泳腿收腿時，動作速度一定要慢，即“慢收腿”。收腿時，兩腿是邊收邊分的，收和分是同步完成的，當大腿收到與軀干成130°左右時，大腿停止前收，腳跟繼續(xù)向臀部靠攏。方形物體的在水中遇到阻力是最大的，收腿時大腿與軀干的角度越小，形狀越類似于方形，身體縱軸的傾斜度也隨之增加，阻力也就隨之增大。腳跟繼續(xù)向臀部靠攏，越靠近臀部，蹬夾水的動作路線越長，給水的作用力就越大，蹬水效果就好。分腿是分到兩個膝蓋內(nèi)側的間隔與肩同寬即可。當然，世界優(yōu)秀男子蛙泳運動員腿部技術在向“窄收腿、窄蹬腿”發(fā)展［9］，蛙泳腿動作技術環(huán)節(jié)中，收腿階段是沒有推進力的，收腿結束時運動員的速度降到最低，收腿是阻力最大的一個環(huán)節(jié)，而盡量減少阻力才是最終的目的，收腿時雙腿和雙腳的距離較窄可有效降低截面阻力［10］。收腿時強調(diào)慢收腿，以減少收腿時對水的阻力［11］。蛙泳腿的收分腿技術易犯錯誤：收腿速度過快；收腿太多，導致臀部出水面或下沉，使得軀干上下起伏較大導致身體流線型姿勢嚴重破壞，不但消耗體力，還增加阻力；分腿太開，膝蓋外展，兩膝蓋的間隔比肩寬，膝蓋、小腿和腳沒有藏在大腿后面，游進方向橫截面積變大，阻力變大；柔韌素質(zhì)差導致腳跟不能向臀部靠攏，出現(xiàn)蹬水路線短，作用力效果差。

1.2 外翻腳

蛙泳腿收分腿結束時向外翻腳勾腳尖，即腳掌對準后面的水，增大蹬水作用面積，在運動員選材中，腳面積指數(shù)也是必要的參考標準之一（腳面積指數(shù)=腳長×腳寬），腳面積越大，作用面也就越大。收分腿和翻腳是連貫的動作，沒有停頓和中斷，收分腿結束緊接著就開始翻腳。從游泳者正后方看，翻腳結束后大腿和小腿的形狀呈“W”形狀，即兩腳跟的間隔大于兩膝蓋的間隔，兩腳跟的間隔稍比肩寬，兩膝蓋的間隔與肩同寬。蛙泳腿收分腿結束時向外翻腳，翻腳的目的是為下一步的腳掌蹬夾水做準備，翻腳的作用至關重要。翻腳技術好壞與身體的柔韌素質(zhì)密切相關，加強柔韌素質(zhì)方面的輔助練習對掌握翻腳技術要領起到一定作用。腳跟盡量向臀部靠攏，可以增長蹬夾路線，腳跟越靠近臀部，蹬夾水的動作路線就越長，給水的作用力就越大，蹬水效果就好。易犯錯誤動作：沒有翻腳，腳背對水，導致蹬不到水；勾腳尖沒有勾腳，腳踝太僵硬，腳踝的柔韌素質(zhì)差；收分結束后沒有立刻翻腳，動作停頓增大阻力。

2 蛙泳中的牛頓第三定律

在蛙泳技術教學中，教師可以運用牛頓第三定律進行講解剖析，根據(jù)牛頓第三定律，施加在物體上的每一個作用力都會產(chǎn)生一個方向相反、大小相等的反作用力。

2.1 蹬夾水動作

向后向外弧形蹬夾水。翻腳結束后立刻蹬夾水，動作連貫，蹬夾水時兩腳的運動軌跡是弧線，即邊蹬邊夾，蹬水和夾水是同步進行的，蹬水結束時夾水也完成。蹬夾水時，腰部和大腿發(fā)力帶動小腿，要快速有力，良好的核心力量素質(zhì)是前提和基礎。獲得較大的推進力是目標和最終目的，蹬水的目的是前進，蹬水效果的好壞直接決定游進速度的快慢，蹬夾腿動作技術是蛙泳腿技術的核心。根據(jù)牛頓第三定律，蹬水時，腳給水向后的作用力，水給人向前的大小相等的反作用力，要獲得較大的反作用力作為人體前進的動力，就必須加大蹬水的力度，蹬水時要快速有力。同理，兩腿夾水并攏，夾水給水向下的力，水給腿向上的反作用力，即上浮力，這樣腿才不會下沉，讓腿部接近水平面，其次，夾腿可有效減少游進方向的兩腿的橫截面積，保持良好的流線型姿勢，減少阻力。蛙泳游進過程中，身體上下有起伏，盡可能地減少身體起伏幅度，使身體呈現(xiàn)高平的身體姿勢，才能將速度提高到更快［12］。易犯錯誤：蹬夾水的力量小；蹬夾水不充分，雙腿沒有伸直；只蹬水，沒有夾水，兩腳的軌跡是向后的直線；蹬夾水動作不同步，蹬夾分離，即先蹬水，再夾水；蹬夾水過程中，過早繃直腳尖；蹬夾水方向錯誤，向水下蹬或蹬出水面；蹬夾水時兩腿發(fā)力不均衡導致游進方向傾斜；蹬腿過寬。

2.2 并攏滑行

蛙泳腿蹬夾結束后兩腿并攏滑行，滑行是蛙泳腿技術環(huán)節(jié)中動作結構相對簡單的一個環(huán)節(jié)，在滑行時只需要保持流線型姿勢即可。根據(jù)牛頓第三定律，蹬水后，腳給水向后的作用力，水給人向前的反作用力。一方面，水的流動性使人體在水中施力時不易抓住固定的支撐點，從而使人體不能獲得理想的支撐反作用力。另一方面，水的密度大阻力大，這個反作用力是慢慢體現(xiàn)出來的，水不是彈簧，蹬完水后人體也不會立刻被“彈”出去。與陸地上的運動相比，游泳者推動水比推動固體所得到的反作用力要小得多，水給人的向前的反作用力是需要時間慢慢體現(xiàn)出來的，故并攏滑行也是蹬水后水給人的反作用力的體現(xiàn)?；惺谴舜蝿幼髦芷诘慕Y束，同時也是下一個動作周期的開始，滑行可最大限度地利用水的反作用力前進，同時也讓身體恢復到流線型姿勢，身體越接近水平姿勢，在游進方向的投影截面就越小阻力也越小，就能充分地為下一個動作周期開始做好充分的準備?；械墓?jié)奏慢，滑行也是放松和間歇時間，在長距離的耐力游進中，滑行可以起到休息調(diào)整的作用?；袝r，雙腿并攏，雙腳腳踝適度收縮肌肉繃腳尖，不僅可以減小阻力，還可以在腿部上抬的過程中，為腳底產(chǎn)生推進力創(chuàng)造條件［13］。高平的身體位置是現(xiàn)代游泳技術發(fā)展的趨勢，優(yōu)秀蛙泳運動員從競技提高階段到最佳競技階段動作結構變化上是滑行時間明顯延長，滑行時間的延長可有效減少游進阻力。優(yōu)秀運動員并攏滑行時間一般為0.22～0.36s［10］，非專業(yè)運動員在蛙泳運動中，并攏滑行時間可稍長一些。在教學中不難發(fā)現(xiàn)，并攏滑行是最簡單的動作技術，卻是最容易被學生省略掉的動作，即有的學生是不停地收蹬腿，結果是游進距離很短或在原地。易犯錯誤：沒有并攏滑行，雙腿是一直不停地在重復收分蹬；滑行時間太短，反作用力還在體現(xiàn)時就開始收腿，導致反作用力與收腿的阻力相互抵消，前進距離太短；腳尖沒有適度地繃緊，滑行時有勾腳尖現(xiàn)象，增加阻力。

3 結語

高效游泳技術的總體特征是游進中減少阻力，增大推進力。根據(jù)游泳時人體遇到的水阻力公式F＝-1/2CSρV2可知，在蛙泳腿動作技術中，收腿時身體流線型姿勢發(fā)生改變，阻力最大，如何在收腿時盡量減少阻力是至關重要的環(huán)節(jié)，收腿時速度要慢，盡量減少破壞人體的流線型姿勢，小腿和腳踝在大腿和髖關節(jié)橫截面以內(nèi)完成收分腿動作，以減少身體在運動方向的投影截面等以此來減少阻力。翻腳是蹬夾水的前提和基礎，腳掌對準水是增加作用力先決要素，翻腳時動作銜接連貫。蹬夾水是獲得推進力的來源，根據(jù)牛頓第三定律，蹬水時，腳給水向后的作用力，水給人向前的反作用力，要獲得較大的反作用力作為人體前進的動力，就必須加大蹬水的力度，蹬夾腿時一定要快速有力，蹬腿和夾腿同步完成，兩腳的軌跡是向后的弧線?；惺峭苡就燃夹g環(huán)節(jié)中動作結構相對簡單的一個環(huán)節(jié)，在滑行時只需要保持流線型姿勢即可，但往往卻被忽視，滑行是此次動作周期的結束，同時也是下一個動作周期的開始，滑行可最大限度地利用水的反作用力前進，同時也讓身體恢復到流線型姿勢減少阻力，為下一個動作周期開始做好充分的準備。蛙泳腿動作節(jié)奏整體上是收腿慢—翻腳慢—蹬夾快—滑行慢。

在游泳教學中，運用流體力學和牛頓第三定律等相關力學知識對蛙泳腿動作技術和節(jié)奏進行探討分析，將蛙泳腿動作技術講透講明白，不能僅停留在“邊收邊分慢收腿，向外翻腳對準水，向后弧形蹬夾水，兩腿伸直漂一會”等動作技術單一講解的層面上，而是要更深入地運用相應的力學知識進行分析，講解“為什么要這樣做動作”，讓學生不僅“知其然”，還要“知其所以然”，從而減少學生在蛙泳腿技術學習中易犯錯誤動作，提高學習效率。