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游泳的推力理论发展.docx

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    • 游泳地推力理论发展游泳地推进力现在, 我们探讨影响游泳推力地定律. 本章地第一部分我们将分析这些定律. 本章地第二部分,我们将探讨影响臂、腿推力地三要素一一动作方向、攻角和划速 .游泳推力理论从前, 人们描述运动员划水动作时, 把手臂形容为桨, 或轮船推进器上地叶片 .图就是当时人们告诉运动员爬泳时地划水路线. 人们告诉运动员,应直臂,也就是说, 爬泳划水动作像轮船推进器上地叶片划水动作一样. 然而, 水下观察表明,运动员在种泳式游进过程中,实际都在做屈臂划水动作. 这类观察使人们开始利用科学原理去解释游泳推力问题 . 下面介绍几种推力地阻力理论. b5E2R直线后推前游理论康西尔曼于年,塞尔维亚于年分别撰文介绍了推力地这一理论 . 他们当时认为牛顿地运动第三定律是运动员推进自身游进地主要物理学定律 . 该定律指出,每一个动作都可产生一个大小相等、方向相反地反作用力() . 具体地说,向后推水时,水会产生一个与运动员用力大小相等,推动其身体前游地力 . p1Ean康西尔曼和塞尔维亚均注意到运动员在划臂过程中,两臂轮流做屈伸动作 . 他们认为, 如此动作地原因在于可把水直接后推较远地距离, 只有把水向后推较远距离,才能使身体游得更快,游得更远. 根据这种理论,手地作用与后划地船桨相似 . 他们确信,划水动作地前三分之一,通过逐渐屈肘,直接后划;在划水地后三分之一,通过逐渐伸肘,继续直接后划 . 同时,这一理论地支持者们当时提出,臂如果偏离后划方向,会增大游进阻力,并使推力下降. 当时人们将水下划水动作地前程称为抱水() , 后程称为推水(). DXDiT。

      曲线后划理论人们广泛认同康西尔曼和塞尔维亚地这一理论. 这一理论多年之内对世界各国游泳技术教学产生深远影响 . 然而后来,康西尔曼采用水下摄影术发觉,手掌在体下并不是做直线后划动作,而是做曲线后划动作. 康西尔曼认为, 运动员如此划水地目地是在向后地较短距离内可划到大量地水, 可避免在向后地较长距离内只划到少量地水. 这一研究结果导致人们对原先地推力阻力理论做了修正,开始建议手掌按型地路线在体下和体侧划水. 图是根据阻力推力曲线后划理论绘制地自由泳划水路线仰视图 . RTCrp抛弃直线后划, 转而采用型划水动作地理论基础是与划静水或划流速较慢地水相比,划后流较快地水需用更大地力 . 这是因为运动员划动地这一抱水一且获得向后流动地动量, 除非划速超过这抱水后流速度, 否则再用原来地力量划水, 这抱水不可能再加速后流. 然而,通过改变手掌地划水方向,技术高超地选手可在划过上一抱水之后,再找到“新水”或静水后划 . 由于运动员仅需付出较小地肌力,获得较大地推力,还由于加长了划水路线,从而会节省能量. 由此可见,曲线划水地优点是:5PCzV省力、延长了划水路线.推进升力理论 虽说康西尔曼地这一理论得到世界绝大多数教练员地肯定,但他并不满足他发现地这一游泳推力自然规律地真理. 他继续研究他地流体动力学理论. 年,他与布朗发表又一重大研究成果,从而使游泳技术教学产生革命性地变化. jLBHr 。

      康西尔曼和布朗在黑喑地游泳池内,拍摄手掌戴有光源地运动员地技术. 通过用频闪观测器录在胶片上地闪光点分析四种泳式地划水路线. 值得注意地是如此摄制地划水路线, 与以往手掌相对于身体地划水路线不同, 这是手掌相对于水地划水路线 . 布朗和康西尔曼指出,运动员手臂划水动作多半是左右和上下划水,后划动作并不明显. 看来,手臂在体下不是靠直线后推,或者曲线后推使身体前游,而是靠手臂地内外,上下划动使身体前游.xHAQX康西尔曼和布朗首次发表他们地研究结果之后, 又有几位学者证实运动员地确是靠摇橹状地划水动作, 推动身体前游地 (巴塞尔斯、 艾德里安, ; 普拉泽霍夫, ;施来豪夫,,) . 人们认为,康西尔曼和布朗地论文是七十年代最重要地生物力学著作,特别是康西尔曼,对当代竞技游泳理论作出了重大贡献. LDAYt手掌相对于水地典型自由泳划水路线,运动员右手出水点实际位于出水点之前;与下划和上划动作相比,右手后划幅度很小 . Zzz6Z与某些人地意见相左,这一研究结论并不赞成曲线后划理论. 如果曲线后划理论是正确地,那么臂地动作应主要向后,同时伴以上下、左右划水动作,以寻找静水向后划动 . 对划水路线进行地反复研究表明,各种泳式地划水路线均以摇橹状划水动作为主(巴塞尔斯、艾德里安,;贝洛科夫斯库、伊凡琴科,;布朗,康西尔曼,;查班斯基、科斯齐斯齐科,;欣里克斯,;利德基,;马格利索,;普莱吉霍夫,;赖克尔,;施来豪夫,、) . 与运动员手臂上下、左右划动幅度相比,后划幅度很小 . 所以,曲线后划理论无法解释游泳地推力 . 然而,不断寻找“静”水后划这种想法也有可取之处 . 运动员既使后划幅度不大,也应不断变换划水方向,以便找到静水后划 .如果对此还不理解,继续往下读. 本章地下一部分,我们将更详细地介绍游泳推力地本质 . dvzfv 。

      伯努利原埋 年,布朗和康西尔曼提出运动员摇橹状划水动作会产生推力,因为摇橹状划水可产生升力 . 瑞士学者伯努利是世界上第一位确定流体流速与压力之间呈反比关系地人. 换言之,流体流速越快,压力越底;流速越慢,压力越高.人们开始运用伯努利原理解释升力是如何产生地. rqyn1 通过解释飞机机翼升力地产生, 可清楚理解伯努利原埋 . 为此, 请看图 . 飞机前飞时,气流立即从机翼前方向后方流动,在飞机前进地反方向上产生了阻力 . 气流经机翼分流,因此,机翼上下方均有气流经过. 机翼上下气流运动情况如图箭头所示 . Emxvx机翼地特殊形状使流经机翼上部气流流速快于流经机翼下部气流地流速. 由于机翼上表面地形状是弧型地,所以与下表面相比,上表面地长度较长. 上表面地气流必须加快移动速度, 才能在同一时间, 与下表面气流同时到达机翼地另一侧 .由于流速地加快,使机翼上部受到地压力小于机翼下部受到地压力 . 由于物体倾向于从高压区向低压区移动,这种压差推动飞机不断上移 . 人们将压差形成地向上地力称为升力(),如图所见,升力地方向总是垂直于阻力()方向 . SixE2 康西尔曼与布朗建议, 划水时手掌尽量与机翼地形状保持一致, 以便像机翼那样, 产生升力 . 伯努利原理认为, 游泳时推力产生原理如图所示. 图是蝶泳运动员游迸地仰视图,此时双手在体下向后内方向划水. 内后划水动作产生地阻力方向是相反地,即阻力方向朝向外前地.6ewMy因为双手向内划动,水流通过手掌从大拇指侧向外,向小指侧流动. 根据伯努利利原理可知,运动员手背侧地水流(图左手上方细箭头表示)需加速流动,才能与掌心侧地水流(图左手下方粗箭头表示)同时流至小指侧 . 因为手背侧水流流速较快, 手背处受到地压力较小, 而掌心侧水流流速较慢, 手掌处受到地压力较大 . 在图上,手背、掌心侧地压力用、号表示. 掌心、掌背间地压力差将产生一升力,该生力作用方向向内,这一升力矢量如图所示. kavU4。

      此升力与阻力结合产生地合力推动运动员前游(说明:图是仰视图 . 所以合力矢量指向上方. 此合力矢量实际上应指向运动员游进地前方) . y6v3A过去年间, 各国教练员普遍接受了升力理论, 其原因是这种理论为运动员采用摇橹划水动作作为推力提出科学合理地依据. 然而,下面我会再次提出牛顿地运动第三定律也许对推力起更大地作用, 虽说我们还没详细探讨与推进阻力理论有关地问题 . 在探讨推进阻力理论之前,我想谈谈另一推力理论地问题. M2ub6游泳推力地涡旋理论、年,科尔文提出一种游泳推力理论建立在涡旋形成和消散地基础上 . 这就是人们常说地游泳推力地涡旋理论.大多数游泳专家通过臂腿动作研究游泳推力, 然而科尔文却把目光转向水地流动及水流推力地作用上. 科尔文提出,技术高超地游泳选手使用两种推力,既翼叶推力和涡环推力 . 他认为,一般说来,翼叶推力产生于臂划水动作地前程,涡环推力多半产生于臂划水动作地后程. 0YujC翼叶推力 翼叶推力是水流反旋产生升力地结果. 反旋( )是指环绕翼叶旋转地水团 . 翼叶周围水流形成反旋方式如图 . 流经翼叶下部地水流在翼叶尾部地后上方形成螺旋地涡流, 人们将这个涡旋称为起动旋( ) . 由于翼叶上方压力较低,来自翼叶下方地水流流向后上方地结果,形成起动旋. 这股水流与流经翼叶上方地水流相遇之后转向后流. 这倒转地水流形成环绕翼叶地、呈顺时针方向循环转动地反旋 .这种反旋与流经翼叶地水流结合, 使翼叶上部地压力继续下降, 同时使翼叶下部地压力继续加大. 产生这种现象地原因是呈反旋状态流动地水流,在与翼叶上部地水流按同一方向流动时会加速翼叶上部地水流流速, 使翼叶上部压力进一步下降 . 当这股反旋地水流开始反方向流动时,既流至翼叶下方时,会使下方水流流速减慢,并使翼叶下部压力加大. 因此,翼叶上部()和下部()地压差增大,同时,升力也会加大. 这种升力与阻力结合形成地合力,推动运动员前游. eUts8 。

      科尔文提出, 运动员手臂周围可形成类似地反旋, 因此, 这类反旋可产生推力 .是否有流速一定地环流是反旋能否产生地先决条件. 人们相信,技术高超地选手在划水动作地开始阶段, 通过熟练地调整手掌地对水方向, 可使手掌周围产生流速稳定地水流. 手掌一旦产生流速稳定地地水流,运动员可通过仔细调节划速,调整手掌地对水方向,使反旋伴随运动员向前游进. sQsAE甩旋推力( )在游进过程地某些阶段, 特别是蝶泳、 自由泳臂部划水动作临近结束阶段, 以及蝶泳、自由泳和仰泳腿部下打阶段,始终保持反旋是不可能地. 在上述动作阶段,由于动作方向地突然变化,水流地边界层(反旋)会被甩离肢体之外. 这时,水流不再保持稳定状态,同时,升力也不再发挥作用了 . 此时,甩旋作用开始产生推力 . GMsIa蝶泳选手腿部下打时,甩旋推力生成过程. 科尔文认为,腿部由上打迅速转为下打时,在腿部上下方之间会产生压差 . 此时,腿部下方压力加大,上方压力减小 . 气水边界分离结果也可在脚部周围产生反旋. 两脚快速下打至下打瞬息间结束之前,反旋一直伴随脚部下打,反旋被甩向脚部后方 . 被后甩地水流会产生反作用力,这种反作用力能推动运动员前游. TIrRG。

      如前所述,蝶泳、自由泳臂部划水动作结束时,甩旋生成过程也产生推力 . 自由泳运动员臂部动作地这种现象. 这位运动员臂部在做上划阶段地最后动作. 此时,手掌由内划迅速转向外划 . 在手掌接近水面之前,划速减慢时,运动员将反旋甩向后方 . 7EqZc涡旋理论实际是升力理论地延伸 . 与其他许多理论问题一样,涡旋理论仍有许多问题尚需验证. 其中最主要地问题是运动员地手、 脚周围能否形成反旋. 在运动员手入水后地短暂时间内, 因有气泡被手掌带入水中, 凭肉眼可看清手臂周围地水流情况, 一般说来, 技术高超地选手臂划水主要部分开始之前, 手臂周围地气泡已消失, 所以无法看清划水动作最重要部分手臂周围地水流情况, 也很难研究此时地水流情况. 另一值得注意地是手臂地斜向划水动作对推力地产生未必起重要作用 . 要在臂地推力阶段运用涡旋理论,运动员手掌很难保持正确地攻角(利德基, ; 马格利索等, ; 施莱豪夫, ; 施莱豪夫、 格雷、 德罗斯, ; 施莱豪夫等, ;塞耶,) . 然而,这种理论仍值得考虑,它有助于更。

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