04.02 游泳物理学

除出发和转身之外，游泳运动员的推进力完全来自于打腿和划水。更具体地说，除了向上打腿时整个小腿和脚可以产生推进力，几乎所有其它推进力（向下踢和划水）都产生于脚掌和手。

此外，打腿和划水的推进力可能受到我们身体的其他运动的影响，而这些运动根本不产生推进力。这些被称为耦合运动。自由式中耦合运动的两个例子是身体的旋转和在水上的移臂。这两种运动都不会产生任何推进力，但是当与打腿或划水相结合时，两者的推进力都会更大。高能量耦合运动可以在所有四个泳姿中以及在出发时显著增加游泳者的推进力。

来自手和脚的推进力不同之处在于，手是通过基本上静止的水（静态流体）移动，而脚是在流动的水（动态流体）中移动。因此，有必要了解流体力学，以了解在这两种不同的环境中如何实现推进。

由于水是液体而非固体，为了产生推进力，手或脚需要相对于水向后移动。在肩部驱动的自由泳技术中，具有相对较高的划水频率，如果从侧面画出划水的路径，相对于池中的固定点，可以发现手的轨迹是直径约2英尺近乎完美的圆圈。

如果我们将圆圈视为时钟，手将在12点进入水中。由于游泳者的身体向前移动，当手进入水中时，手也会向前移动。游泳者通过向下压手来开始划水，以使其方向反转并将水向后推动。结果是手跟随时钟到3点位置，同时向下和向前移动。我们将此称为升力阶段，因为大部分力都是向下的，从而产生升力。

从3点开始，当手在游泳者的肩膀前方时，它开始向后移动，产生推进力。手继续深入水中，随着时钟从3点钟到6点钟的方向向后移动。为了继续将手向后推到6点以后，手臂需要抬起并且手腕背屈，从6点移动到9点。从3点到9点的向后手臂动作被称为推进阶段。

一旦手到达9点钟，手臂就会因为长度不足，因此不能再向后移动。因此，它以最小的阻力快速向前滑动，几乎在入水的同一点处12点离开水面。最后阶段称为出水阶段。手从入水点到出水点的净距离为零。

与手不同，为了产生推进力，脚掌依赖于游泳者的身体和脚和腿本身的运动引起的涡流。在自由式和海豚腿中，相对于池中的固定物体，打腿的运动几乎是直上直下的。然而，水在脚的路径上并不是静止的。因为人体是非流线型的形状，所以游泳者身体的漩涡或尾流会导致水向前流动。还有由脚和腿的运动引起的第二涡旋，沿着脚掌的路径产生的较小的涡流。即使脚相对于池中的固定物体没有向后移动，它们也相对于向前移动的水向后移动。因此，脚可以在实际不向后移动的情况下产生推进力。

例如，在海豚腿中，脚有四个潜在的位置可以产生推进力。第一个是在下踢的开始。这里的推进是通过快速反转脚的方向，并向下推动其通过向上和向前拉动脚和腿而产生的涡流来实现的。第二个是在脚向下穿过身体产生的涡流时实现的。第三个是在开始向上踢时实现的，因为脚和腿快速反向并向上推动它们在向下的路径上产生的涡流。第四个是在脚和腿向上移动并在向上的路径上穿过身体的涡流时实现的。只有最快的海豚腿者才能在所有这四个位置实现推进。大多数游泳运动员仅在其中一个或两个中获得推进力。

在六次腿中，有两个潜在的推进点。由于向下打腿和向上打腿是同时发生的，一点是打腿开始的时候，利用脚和腿的涡流。第二点发生在双脚在向上或向下穿过身后滑流时。

在蛙泳打腿中，几乎所有的推进都发生在脚背向后推动时。当脚大约伸展到一半时，就会出现推进力峰值。

打腿越窄从身体的滑流和腿部和脚部向前拉动产生的大漩涡中获得的优势就越大。很宽的蛙泳打腿，双脚是在相对静止的水中向后推，而不是对着水流。这可能会显著影响推进力。在蛙泳打腿结束时发生的上踢也可能有少量推进力。但不是每个蛙泳选手都会获得第二次推进。

总之，划水的推进力是由向后划水手的表面积和加速的速率决定。打腿的推进力由脚（和腿）的表面积，脚通过漩涡时加速的速率和脚穿过的漩涡（滑流）的强度决定。此外，划水和打腿的推进力可以通过适当的耦合运动来增加，例如身体旋转，头部向下甩动或移臂。