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文檔簡(jiǎn)介
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(jìn)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(dòng)作方向、攻角和劃速。游泳推力理論從前,人們描述運(yùn)動(dòng)員劃水動(dòng)作時(shí),把手臂形容為槳,或輪船推進(jìn)器上的葉片。圖1就是當(dāng)時(shí)人們告訴運(yùn)動(dòng)員爬泳時(shí)的劃水路線(xiàn)。人們告訴運(yùn)動(dòng)員,應(yīng)直臂,也就是說(shuō),爬泳劃水動(dòng)作像輪船推進(jìn)器上的葉片劃水動(dòng)作一樣。然而,水下觀察表明,運(yùn)動(dòng)員在4種泳式游進(jìn)過(guò)程
2、中,實(shí)際都在做屈臂劃水動(dòng)作。這類(lèi)觀察使人們開(kāi)始利用科學(xué)原理去解釋游泳推力問(wèn)題。下面介紹幾種推力的阻力理論。直線(xiàn)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(dāng)時(shí)認(rèn)為牛頓的運(yùn)動(dòng)第三定律是運(yùn)動(dòng)員推進(jìn)自身游進(jìn)的主要物理學(xué)定律。該定律指出,每一個(gè)動(dòng)作都可產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向相反的反作用力(Feveryactionthereisanequaloppsitereaction)。具體地說(shuō),向后推水時(shí),水會(huì)產(chǎn)
3、生一個(gè)與運(yùn)動(dòng)員用力大小相等,推動(dòng)其身體前游的力??滴鳡柭腿麪柧S亞均注意到運(yùn)動(dòng)員在劃臂過(guò)程中,兩臂輪流做屈伸動(dòng)作。他們認(rèn)為,如此動(dòng)作的原因在于可把水直接后推較遠(yuǎn)的距離,只有把水向后推較遠(yuǎn)距離,才能使身體游得更快,游得更遠(yuǎn)。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(dòng)作的前三分之一,通過(guò)逐漸屈肘,直接后劃;在劃水的后三分之一,通過(guò)逐漸伸肘,繼續(xù)直接后劃。同時(shí),這一理論的支持者們當(dāng)時(shí)提出,臂如果偏離后劃方向,會(huì)增大游進(jìn)阻力,并使
4、推力下降。當(dāng)時(shí)人們將水下劃水動(dòng)作的前程稱(chēng)為抱水(pull)后程稱(chēng)為推水(push)。曲線(xiàn)后劃理論人們廣泛認(rèn)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(duì)世界各國(guó)游泳技術(shù)教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。然而后來(lái),康西爾曼采用水下攝影術(shù)發(fā)覺(jué),手掌在體下并不是做直線(xiàn)后劃動(dòng)作,而是做曲線(xiàn)后劃動(dòng)作??滴鳡柭J(rèn)為,運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)距離內(nèi)只劃到少量的水。這一研究結(jié)果導(dǎo)致人們對(duì)原先的推力阻力理論做了修正,
5、開(kāi)始建議手掌按S型的路線(xiàn)在體下和體側(cè)劃水。圖3是根據(jù)阻力推力曲線(xiàn)后劃理論繪制的自由泳劃水路線(xiàn)仰視圖。拋棄直線(xiàn)后劃,轉(zhuǎn)而采用S型劃水動(dòng)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?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員劃動(dòng)的這一抱水一且獲得向后流動(dòng)的動(dòng)量,除非劃速超過(guò)這抱水后流速度,否則再用原來(lái)的力量劃水,這抱水不可能再加速后流。然而,通過(guò)改變手掌的劃水方向,技術(shù)高超的選手可在劃過(guò)上一抱水之后,再找到“新水”或靜水后劃。由于運(yùn)動(dòng)員僅需付
6、出較小的肌力,獲得較大的推力,還由于加長(zhǎng)了劃水路線(xiàn),從而會(huì)節(jié)省能量。由此可見(jiàn),曲線(xiàn)劃水的優(yōu)點(diǎn)是:機(jī)翼的特殊形狀使流經(jīng)機(jī)翼上部氣流流速快于流經(jīng)機(jī)翼下部氣流的流速。由于機(jī)翼上表面的形狀是弧型的,所以與下表面相比,上表面的長(zhǎng)度較長(zhǎng)。上表面的氣流必須加快移動(dòng)速度,才能在同一時(shí)間,與下表面氣流同時(shí)到達(dá)機(jī)翼的另一側(cè)。由于流速的加快,使機(jī)翼上部受到的壓力小于機(jī)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(dòng),這種壓差推動(dòng)飛機(jī)不斷上移。人們將壓差形
7、成的向上的力稱(chēng)為升力(Lift),如圖所見(jiàn),升力的方向總是垂直于阻力(drag)方向??滴鳡柭c布朗建議,劃水時(shí)手掌盡量與機(jī)翼的形狀保持一致,以便像機(jī)翼那樣,產(chǎn)生升力。伯努利原理認(rèn)為,游泳時(shí)推力產(chǎn)生原理如圖6所示。圖6是蝶泳運(yùn)動(dòng)員游迸的仰視圖,此時(shí)雙手在體下向后內(nèi)方向劃水。內(nèi)后劃水動(dòng)作產(chǎn)生的阻力方向是相反的,即阻力方向朝向外前的。因?yàn)殡p手向內(nèi)劃動(dòng),水流通過(guò)手掌從大拇指?jìng)?cè)向外,向小指?jìng)?cè)流動(dòng)。根據(jù)伯努利利原理可知,運(yùn)動(dòng)員手背側(cè)的水流(圖6左
8、手上方細(xì)箭頭表示)需加速流動(dòng),才能與掌心側(cè)的水流(圖6左手下方粗箭頭表示)同時(shí)流至小指?jìng)?cè)。因?yàn)槭直硞?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(hào)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(dòng)運(yùn)動(dòng)員前游(說(shuō)明:圖6是仰視圖。所以合力矢量指向上方。此合力矢量實(shí)際上應(yīng)指向運(yùn)動(dòng)員游進(jìn)的前方)。過(guò)去20年間,各
9、國(guó)教練員普遍接受了升力理論,其原因是這種理論為運(yùn)動(dòng)員采用搖櫓劃水動(dòng)作作為推力提出科學(xué)合理的依據(jù)。然而,下面我會(huì)再次提出牛頓的運(yùn)動(dòng)第三定律也許對(duì)推力起更大的作用,雖說(shuō)我們還沒(méi)詳細(xì)探討與推進(jìn)阻力理論有關(guān)的問(wèn)題。在探討推進(jìn)阻力理論之前,我想談?wù)劻硪煌屏碚摰膯?wèn)題。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(shuō)的游泳推力的渦旋理論。大多數(shù)游泳專(zhuān)家通過(guò)臂腿動(dòng)作研究游泳推力,然而科爾文
10、卻把目光轉(zhuǎn)向水的流動(dòng)及水流推力的作用上。科爾文提出,技術(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(rèn)為,一般說(shuō)來(lái),翼葉推力產(chǎn)生于臂劃水動(dòng)作的前程,渦環(huán)推力多半產(chǎn)生于臂劃水動(dòng)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(tuán)。翼葉周?chē)餍纬煞葱绞饺鐖D7。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(gè)渦旋稱(chēng)為起動(dòng)旋(Startingvtex)。由于翼葉上方壓力較
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