明里红军摘要?在当今的游泳竞赛中,大多运动员 和教练均侧重于体能的训练和提高,但在运动员泳姿的游行动作的改进 上所下 的功夫远远小于对体能训练的投人本文是在学习、研究流体力学理论的基础 上,通过对一些省市的游泳运动员?专业和业余选手 ?的观察对比,并进行新旧泳姿对照试验中确定了这一新的自由泳手臂划水动作并充分感受到运用流体力学原理分析、研究 自由泳手臂的划水动作后,则会令人有一种全新的惊喜发现?在竞争十分激烈的今天,一方面,游泳界的许多权威人士都感叹道?游泳动作技术的发展已到了顶峰,很难再有所突破?另 一方面,人们对一些“不合常理”的泳姿和动作仍难以做出合理的解释,从而导致一些很有发展前途的尖子运动员未能达到其顶峰如果以常人的感知来认识人体与水流的关系,游泳技术的发展确实令人有山穷水尽的感觉,但通过运用科学、理论知识来分析、研究游泳技术的发展,不仅可以对各种泳姿做出正确、合理的解释,还能做到知其然、知其所以然,并可望使游泳的整体水平有一个新的提高研究游泳速度的快慢,涉及领域很广,是一项系统工程为突出重点,本文主要针对提高运动员 自由泳手臂划水中后期的效率和作用进行分析、研究研究思路?游泳是人体在水中通过身体各部位的运动 ?如手臂、手掌向后划动?,对水产生作用力,同时水 ?分子 ?对手臂、手掌产生了基本相同的反作用力,使人体向前运行。
在单位时间内人体对水的作用力和速度越大,所产生作用力的方向一致性越强,水对人体所形成的作用力?推力? 就越大,人体便会获得更快向前行进的速度 —游速当人体通过手臂的划水获得向前游行的动力 后,水对人体的运行便会产生 阻挡力—阻力人们一方面要克服水对人体前进时产生 的阻力?另一方面又要想尽一切办法增强、提高人体手臂对水形成的作用力?划手?,以产生最大的前进推动力如何在这典型的矛盾中找到最佳值?产生最高的划水效率和最小的行进阻力??在多年的实践中发现,如果不能以科学理论为指导,就不能全面的了解水的特点和人体与水所形成的各种力学关系,很可能会发 生一些偏颇,也就很难做到运用水的特性,科学的调整泳姿和 训练方法,从而 达到我们更快的提高游泳速度的目的每一位运动员 的泳姿虽然是大致相同,但又各有特性,细细地观察便会发现可谓是千姿百态,但同时也会发现?成绩优秀的运动员之间的泳姿及手臂的划水动作是较为接近的如能从流体力学原理的角度和受力分析理论去认知水的特性及人体运动的特点,了解、分析人体与水的各种作用关系,就会为我们提供一个全新的认知领域和感受,也会为这些优秀 的运动员成绩的提高创造更有利的机会研究 方法?水是自然界中最典型的一种流体,由两个氢原子和一个氧原子结合而成?????,无色、无味,具有流动性、粘滞性和延续性等物理特点。
由于人体在水中行进时,特别是优秀运动员的个体体型差别不是很明显,产生的阻力差别不是很大,这方面的阻力因素和特点不作为本文研究、讨论的重点当人体在水中游行时,首先感到的是水对人体的阻力但是,阻力并不完全是人们游泳过程中的副作用力人们为了获得在水中的前进动力,提高前进速度,就要发掘最大潜能利用水的阻力?划水、蹬腿?,使手臂、手掌对水产生最大 的 作 用力从流体力 学原理的角度分析,物体在水中的 阻力与物体外 部的几何形状有 着密切的关系,图?作为人体前进动力 之源 的手臂划 水动作如何发挥最大能效,对水产生最大的作用力是 最关键的课题,这还要从流体力学原理来分析人体在水 中游行速度的快慢,取决于手臂对水产生作用力大小,与以下几种因素有关??、手掌面积的大小??、手臂、手掌划水速度的快慢? 划动频率???、手掌划水行程?距离?的长短??、手掌的几何形状和划水角度的变化在上述的几个因素中,由于高水平的运动员的个体差异不大,第?、?种因素可忽略不计?第?种因素可通过理论分析和实践的方式选择最佳方案?第?种因素在目前有三种流派??、自由式手型 ?五指自然分开?,?、平展式手型?手指并拢 ?,机翼翼型式手型?手指并拢保持 自然的弧形?图?。
在 自然界中,任何形式的做功,最终均体现在“效率”二字上比如?有的运动员在游泳时划水的频率很快,但由于划水的效率很低,那很难想象会产生较大的前进动力通过理论分析和实践证明?优秀运动员游泳速度的快慢与否,根本区别体现在人体手臂划水效率的高低上多年来,自由泳的划水动作变化不是很大,有直划型、小?型和大?型三中划水路线之分,图?爪?、?但是,一种是最佳的划水动作,至今仍无定论其主要原因是各个流派均涌现过有较高划水效率的代表人物,但又没能令更多的选手延续和保持该流派的突出优势?往往是成绩优异的选手退役后,又被另一流派的优秀选手占据了优势地位?而大多省、市游泳队的训练模式,仍没能走出师傅带徒弟的训练方式一???????自由式手型体人心中线 ??平展式手掌,弓?? ?‘???护?, ??翼型式手掌图?手掌形状的 流派川?肩线当是大?型划水方式?为突出研究重点,本文只对手臂划水路线的中后期的手掌的划水方式进行分析和研究,关于划水路线的优劣在此暂不作具体评论?,图? ?因为这种划水方式的划水行程比图??、?中的划水方式行程更长人们都知道?在单位时间内,划水的行程越长,需要的速度就越快?如果选手的划水频率基本相同?,而由此所产生 的作用力?推力?远不至是成正比的增大,而是与划水速度的平方成正比。
这一点我们可以从以下 流体力学中的阻力公式上得到确切的答案??二?? ???????式中??一阻力?可认为是手掌划动时产生的推力??—流体密度? ?—物体阻力系数?—物体? 手掌?面积?—物体的运动速度公式中??、是一个常数?? ?、指手臂、手掌划水时手形对水产生的阻力系数,手形的变化会直接导致阻力系数的改变但正确动作定型后,也可看作是基本不变的数值??、指手臂、手掌面积的大小,对选手们而言,并没有明显的突变,也可视为稳定值?只有? ?值的变化对划水产生的作用力的改变最为显著,而图? ?的划水方式最有利于划水速度的提高但是,多年来许多专业人士在实际创??练过程中,大多得到了不同的结果这就要从前面提到的划水作用力的第?种因素谈起我们可以想一想?在 自由泳游行中,人体手臂在划水时,手掌应保持什么样的形状?手掌与水?划水路线 ?保持什么样的角度?手臂出水前后,手掌应做什么样的动作?与水保持什么角度?等等这些问题都会直接影响到手臂划水的效率,都是较为关键的问题根据图?的理论,在手臂划水动作中选择与划手方向垂直 ?? ?喻?的手形,所产生 的作用力 ?阻力?最大但是,由于 自由泳手臂、手掌的划水路线是在三维空间中的多弧线运行轨迹,图?。
图?几种划水流派示图如何科学地利用人体手臂有限的划水行程,产出更高的划水效率呢?首先,人们在手臂有限的划水范围内,要达到高效率划水的目的,就应当从增加划水行程、手掌形状的控制和提高划水效率这三个方面,即前述的手臂对水产生作用力的第?、?种因素上进行重点研究从人们通常采用的手臂划水风格和流派上讲,如今最为流行的是小?型划水路线,即图?中?种划水方式但是,如果从理论上分析,手臂划水效率最高的应???????? ‘????????一?? 犷?口? ?, 一 沪??一?一 ?二,手臂动作范围图?手臂划水动作试图从力学角度分析,采用 图? ?的划水方式,其划水的行程最长,运动员在相同的划水频率下,可达到最快速度,所产生的划水效率最高,形成的作用力?推力?也最大但是,从图?中也可看出?平面示意图?,这种划水方式,对人体掌握划水动作的技术要领要求比较高,属技术型泳姿但即便如此,一些运动员仍未能达到最为理想的游行速度这就与运动员在手臂划水的中后期,手掌与划水路线所形成的角度有关了,而这一点是最为重要的关键所在?一些选手的划水路线是大?型,但在划水的中后期 —最关键的时刻,由于该阶段受到水的阻力最大,手掌会自然的内转,由此手掌与划水方向没能保持较为合理的划动角度,图?。
这种划水动作虽然有利于运动员的后期发力 ?水对手掌的阻力大大减小?,但此时手掌与划水路线的面积却明显的减小,从而降低了手掌与水的作用力,使手掌产生 的推力明显减小,严重时,还不如直划型动作?图???的工作效率高如果在手臂划水的中后期,手掌继续向外旋转,与人体中心线的角度大于? ?咬角时,手掌将会获得更高的划水效率和更大的推进力矩,图??这是因为手掌在向后外侧方向滑动时,划水路线与人体的轴线形成一定的夹角,此时当手掌与划水方向所形成的夹角为??时,手掌与人体中心线的夹角就已远远的大于? ?如果手掌再向外侧旋转一定的角度,就会产生额外的推力—手掌的升力,图?、??手掌的升力从何而来呢?能够产生额外升力的划水方式对手掌形状的保持提出了明确、具体的要求?即要求手掌的形状应保持如飞机 机翼? 翅膀?剖面形状一般的凹凸翼型?翼型式手掌?,图? ?这样便能够使手掌在划水时产生更大的推动力,图?? ?图??飞机机翼升力的产生图??手掌应保持翼型状因为平展式手型是不能产生额外的升力系数,而自由式手型的推力更小,只有保持机翼翼型式手掌在划水时才能产生 一定的升力系数—??,这一点对提高手臂划水的工作效率,增大推力是非常关键的,其作用明显大于前者,见流体力学升力公式????????邓护式中??一一升力?—流体密度??一物体升力系数?一一物体? 手掌?面积?—物体的运动速度由上述分析、对比,不言而喻,自由式手型所产生的作用力最为分散,也是最不可取的,而翼型式手掌的划水效率和推力最大。
为什么翼型式手掌能够产生升力呢?这是根据流体力学中著名的伯努力定律实践而来,即?自然界中流体的流速越大,其静压强就越小?反之,流体流速越小,其静压强就越大? 细节不再赘述?,伯努力定律的方程式如下??????式中??—流体的压强,为常数?,一静压强?—大压强为便于更好的理解这一现象,我们可共同分析推动各种舰船快速前进的螺旋桨桨叶的任意一个半径剖面 的形状与水形成的夹角?桨叶角?螺旋桨在水中的转动只是带线??? ? ? ??坤·? ··⋯??⋯, ?⋯‘划水路线人体中心线图?手掌与划水路线的角度非常重要从流体力学理论的角度分析,自由泳划水动作进人中后期时,手掌应逐渐的向外旋转,与人体的前进方向保持?? ? 的夹角,图? ?这是在划手动作过程中对手掌提出的最基本的要求尽管如此,这一要求与最理想的划水效果仍存在一定的差距肩线一?尸划水路线??清曦划水路线?刁?一人体中心线⋯⋯??人体中心线图??保证手掌与人体轴线呈??度角图? ?手 掌与人体轴线角度变化示图动各桨叶作横向的运动,但螺旋桨所形成的作用力对船体产生 了向前的推动力矩 ?与桨叶的径向运动相垂直的力?,螺旋桨的基本做功原理见图?另外,我们还可以再想一想推动渔家小船前进的工具 —格,它也是通过横向?与船的前进方向相垂直?的往返运行,产生 了推动小船前进的动力,图?。
我们还可以将人体看作是一条船,将两只手臂视作船上的两只桨,由此可以看到本文所提出的论点与它们的做工原理完全一致运行轨邂?螺旋桨桨叶?一仪旋转方 向 沙一一?? ?图?螺旋桨的工作原理槽的行进方向 远竺嚼线格的阻力了图?槽的工作示意图实践、结论?以上论点是以流体力学和力的受力分析原理为依据,通过对多人、多种泳行方式改进前后的对比?图?中的?、?、?划水姿势?证明,选择图?的划水方式再配合手臂划水的中后期手掌的外旋动作要领,所产生的推力最大,划水效率最高,对 自由泳成绩的提高起到了立竿见影的效果按照上述理论,在训练中仅就手臂的划水动作对不同年龄段和不 同训练水平的运动员,采用? ?米距离冲刺游行的方式,进行了改进前和改进后的对比测试,发现新的泳姿比以往均有不同程度的显著提高,表?在表?中,测试的后期手臂划 水的次数有 所增加,分析有 两种原因?一是运动员在测试后期的体能有 所下降?二是 运动员 划水动作尚未定型,在体力下降后划水动作 发生变性所致另外,在对几位刚上完游泳训练课的业余选手进行现场测试和新动作指导后再。