利用流體力學、生物力學在游泳時感受體感、水感

1游泳者漂浮不起來的三個原因!

浮力的大小取決於物體比重的大小

游泳者剛開始熟悉水性的時候,總會學習到水中漂浮。很多人不明白為什麼總是漂浮不起來,而且總是不到一會就下沉的特別的厲害,到底為什麼呢?讓我們一探究竟吧。根據阿基米德定律,物體在液體中所受到的浮力,等於該物體所排開的液體的重量。根據這個定律我們得知物體在水中是否沉浮取決於物體比重的大小,物體比重大於水的比重就會下沉,如果小於呢就會上浮。

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阿基米德定律

什麼是比重呢?比重其實就是常說的密度。水的密度是1.0克/cm³,也就說1.0克每立方厘米。那麼人體的密度是多少呢?根據資料查閱是人體的比重是0.96~1.05克/cm³。人體各部分中脂肪的比重小於水的比重,幼兒肌肉比較低,比重小,肥胖的人脂肪多容易浮起來,乾瘦體型的人脂肪少所以比重大浮起來會很困難。然後呢女子體內的脂肪佔體重的25%,而男子只佔18%,因此呢女子要比男子容易在水中浮起來。還有就是兒童的骨骼未發育完善,比重是比較小的,老年人的骨骼比較老化,比重較大。所以兒童容易浮起來,老年人浮起來會比較困難。

呼吸對身體漂浮的影響


人體的比重接近水的比重,約為0.96~1.05克/cm³。人的胸廓與肺部器官通過吸入氣體並且有節律性的改變人的比重。吸氣後人體體積變大,比重變小,比重值就變成了0.96~0.99克/cm³,這時候人體就可以浮起來了。呼氣後體積就減小了,比重變大了,然後就會增大到1.02~1.05克/cm³,身體會下沉。也就是說如果充分吸氣呢人體是完全可以漂浮起來的,因此游泳時胸腔中還是要保留一部分氣體的。通過肺部的呼吸對身體體積變化的控制,就可以影響並左右人的比重,這是具備漂浮能力的關鍵因素。

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充分吸氣後漂浮起來

那會不會有特殊的人呢?還真有的。有一部分人無論吸氣、呼氣、胸廓的變大啊或者變小啊都不會影響漂浮的能力,這些人屬於天生的漂浮高手!原因就是他們的身體比重無論吸氣還是呼氣始終小於水的比重。

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天生漂浮者

當然有天生漂浮的高手,也會有一些人屬於天生的下沉者,這些人身體的比重高於一般人,就算充分吸氣使胸廓變大也還是無法獲得足夠的排水量使身體漂浮起來,這些人屬於脂肪很少,肌肉骨骼很發達的成年男生。

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漂浮下沉者

漂浮的姿勢對漂浮的影響

人在水中的身體位置也會影響到下沉或者漂浮。我們知道,身體各個部分重量的合力點叫重心,同樣,水對身體各部分產生浮力的合力點叫“浮心”。當身體平臥於水面時,重心的位置在比重較大的腿的一側,而浮心在比重較小的胸廓一側,重心和浮心不在一條線上,一個方向向上,一個方向向下,形成了一對力偶,因此頭上浮,腿下沉。

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此時如果將兩個胳膊前伸,那麼重心就會前移,與浮心處在一條線上,使身體的受力達到平衡,較為穩定地浮於水面。

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胳膊伸直增加力矩,重心前移,受力平衡就漂浮起來了

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可能有人會說,就算胳膊伸展還是會腿部下沉怎麼辦呢?是不是我就不適合游泳呢?不是的,這隻能說您的腿部骨骼肌肉比較重而已,跟不適合游泳是兩種概念。不能漂浮不等於大家就不能學習游泳了,所以我們不要因為漂浮而去糾結這個問題,通過漂浮掌握身體在水中的平衡同時也充分了解自己身體了。

2/水感--流體力學和生物力學在游泳中的應用

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愛游泳、會游泳的人,肯定聽說過“水感”這個詞。有些人水感好能遊的快,有的人水感不好,練習很久,卻還是不得要領,遊不快。

如果有人問:水感是什麼?大部分人只能有一個極其抽象的概念:對水的感覺。

這個答案雲山霧罩,非常的朦朧。明白的人不用過多解釋,不懂的人聽了,還是完全不懂是什麼意思。

水感更進一步的解釋將會是:水的浮力,水的壓力、阻力,划水時水的推動力。

今天我用一些流體力學理論和生物力學的知識和研究來更深一步的解釋一下水感,幫助大家更詳細的理解游泳和水感的重要性。

只有對這個詞理解到位,才能採用一些相應的方法來練習、提高自己的水感。

浮力與重力

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浮力與重力,大家都明白。人在地球上就會受到一個向下的重力,而人進入水中,水會對人產生浮力。

一般人都能在靜水中漂浮起來,有些漂不起來的,深吸一口氣把肺部撐大,也能漂起來。對於有些吸氣也漂不起來的,全身肌肉太多,體脂率太低的“天然下沉者”,只能藉助工具了。

當你在水中水平漂浮,體會水的浮力的時候,需要做到的是保持人體的重心與浮心在一條垂線上。

身體各部重量的合力點叫重心,由於人體各部密度不均勻,水平狀態時腿的比重大,所以重心靠近下半身。水對身體各部產生浮力的合力點叫浮心,位置在入水部分的幾何中心。

水平漂浮時,浮心因為人體結構的影響,不會發生太大的改變。但是人體的重心可以通過改變頭部和四肢的位置來變化。首先我們要調整呼吸和姿勢體會身體在水中時,重心與浮心的平衡。

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游泳時,重心和浮心的平衡會不斷的被破壞,水感好的人就能迅速的通過調整動作來減小平衡被破壞的程度,身體會保持平穩的運動狀態

如果游泳者的技術和水感不夠好,平衡被明顯破壞,就不得不用大幅度的動作來保持平衡,這就需要花費許多額外的精力,游泳速度也會受到影響。

水中的阻力

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俄羅斯傳奇游泳運動員亞歷山大·波波夫的教練說,遊的快有兩種方式,增加動力,減少阻力。兩種都屬游泳技巧,但後者遠比前者重要的多。

由於水具有流動性和粘滯性,任何在水中的運動都會受到影響。

水的粘滯性產生於水分子間相互吸引作用,在流體力學中稱為內聚力。當水受到的外力大於水的內聚力時,水分子間的內聚力會對外力產生遞減,這就是水的阻力。

水具有的流動性會讓水由壓力大的部分流向壓力小的部分,讓水達到壓力平衡。

根據流體力學的規律,水流速由大變小,壓強就由小變大。反之,如果流速由小變大,壓強就由大變小。

人在游泳時,身體各個部分水流速度不同,水流就會對人體產生壓力差。

這種水流動時產生的壓力差大小,極大的受到水中物體的截面和形狀的影響。

流線型的物體,在水中運動時,受到的阻力最小,平板形的物體受到水流的阻力最大。

游泳時,有機會要把頭及胸部壓入水中,讓你像魚一樣,使水流由你身體的四周滑過;划水時,要滾動身體讓肩膀垂直於水面,讓身體的截水面積變的最小,以減少壓力阻力。

利用流體力學、生物力學在游泳時感受體感、水感

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水感好的人,就能敏銳的感受水中阻力的變化,減小身體在水中的截面,讓身體在水中儘量接近流線型減小水的阻力,手部划水時利用水流獲得更大的推力。

水感不好的人,無法感受到水流阻力與推力,就無法控制身體在水中的姿態來提高游泳速度。

波浪阻力

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人類的身體與海豚的流線型身體不同,在靠近水面游泳時,不可避免的會產生波浪,形成波浪阻力。

在遊速超過1.6米/秒時(也就是100米游泳時間小於62.5秒),波浪阻力會是最主要的阻力。

游泳的速度不一致,或者方向不穩定,會造成更大的波浪,形成更大的波浪阻力。

而在水下30釐米的運動,可以防止水流擴散至水面形成波浪,所以在出發和轉身的滑行階段,身體應在水下30釐米的地方。划水時手部最大發力的位置也應儘量在水面下30釐米的區域,可以避免划水產生的水流衝擊身體。

在這裡水感好的人會保持均勻的游泳速度,有節奏的划水,減小形成的波浪的影響,划水發力的部分也會盡量在水下30釐米來減小波浪阻力。

水感不好的人,游泳就會時快時慢,或者突然發力遊一段,發力點也不在水下30釐米的地方,這樣不僅遊的費力,速度也無法提高。

摩擦力

由於人體表面的皮膚不是光滑的表面,在游泳時,部分水分子附著在皮膚上,和水流中的水分子相互吸引、摩擦,形成摩擦力和拖拽力。皮膚越粗糙,摩擦力就越大。

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開個玩笑……


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