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水下游泳的科学: 游泳运动员如何获得胜利的优势

水下游泳的科学: 游泳运动员如何获得胜利的优势

作者: 睿邸管家 | 来源:发表于2021-08-02 20:50 被阅读0次

    要在东京奥运会上赢得游泳金牌,游泳运动员不仅要用手臂和腿产生难以置信的力量来推动自己在水中前进;在此过程中,它们还必须克服水的阻力。

    如果不能穿上特殊的低阻力泳衣或使用技术帮助他们飞越水面,游泳者如何使水的阻力影响尽可能小?

    今年奥运会上最好的运动员将在水下游泳,而不是在水面上游泳,这是在规则允许的范围内。

    波浪是一种阻力

    水的密度比空气大得多,所以你可能会认为游泳者会受益于一种技术,让他们坐在水里的高处,尽可能让身体远离水。

    但这一策略存在两个问题。

    首先,它需要消耗能量来产生提升身体所需的力量,而这将更好地用于推动游泳者向前冲向终点墙。

    第二,当我们在水面上旅行时,我们浪费了能量来制造波浪。在快速游泳中,比如在自由泳短距离项目中,或者在开始和转弯时(速度超过2米每秒,或大约7公里每小时),波浪的产生比其他任何因素都更能减慢游泳者的速度。因此,减少波浪的形成对游泳的成功至关重要。

    波浪的产生是由于游泳者对水施加的压力迫使水向上并离开他们的路径。游泳者身体周围的其他压力变化也会导致他们身后形成波浪,有时甚至是侧面。

    产生波浪所需的能量来自游泳者自身,因此游泳者肌肉产生的大量能量被用于产生波浪,而不是推动游泳者前进。

    但是,当我们(或鱼、海豚或鲸鱼)在水下游泳时,海浪并不会形成,因为只有当一个物体(比如我们)在两种密度不同的流体之间的边界移动时,比如游泳时的水和空气,海浪才会形成。这个事实暗示了一个有趣的解决拖拽问题的方法。

    思想上的变化

    至少从20世纪50年代开始,游泳者就注意到了水下游泳的好处。

    在1956年墨尔本奥运会上,蛙泳项目引起了很大的争议,因为游泳运动员在大部分比赛中都尝试在水下游泳。男子200米比赛的冠军是来自日本的古川昌(Masaru Furukawa),在四圈比赛的前三圈中,他大部分时间都在水下游泳。这种做法在奥运会后很快被取缔;游泳者在开始游泳前被迫浮出水面。

    但是,在自由泳(自由泳)、蝶泳和仰泳等项目中,只有在游泳者掌握了“水下波动技术”,也就是众所周知的海豚腿之后,他们才开始练习水下游泳。

    在这种情况下,游泳者以波浪状的方式摆动下半身,同时保持上半身僵硬和流线型的位置,手臂伸展在头顶。

    下半身的波动幅度从臀部到脚部增加,所以身体产生的“波动”更大,向下到脚部,形成鞭子一样的效果。根据牛顿的作用力和反作用力定律,这将水迅速向后推,推动游泳者向前。

    20世纪80年代以来,仰泳运动员使用这种技术获得了显著的优势,从90年代起,这种技术在自由泳和蝶泳项目中也很常见。

    这项技术非常有效,以至于游泳管理机构国际泳联将其限制在出发和转身后的15米段。游泳运动员如果在水下游得太远将被取消游泳资格。

    然而,提高水下波动技术的好处是如此之大,以至于游泳运动员仍然每周花几个小时来训练提高这部分比赛效果。

    水下游泳是成功的关键

    尽管一项正在进行的研究旨在为不同的游泳者找到最佳技术,但一些练习似乎通常与水下成功有关。

    首先,在水下待满15米的游泳者将有更快的起步、转弯和整体比赛时间。这种影响在仰泳项目中尤其明显,当游泳者在比赛中充分利用最后一个转身时(游泳者通常因为疲劳而浮得更快)。

    其次,保持在水下更深处很重要。在水面以下游泳可以稍微减少波浪阻力,但在水下游泳40-60厘米可以减少10-20%的阻力。在水下1米或更长时间游泳还有更多的好处,特别是当开始和转身速度快的时候(就像在大多数较短的比赛中)。

    第三,最好的游泳运动员可能会表现出更快的踢腿频率,尽管每次踢腿的频率并不比较慢的游泳运动员大。特别是,在波浪式动作的最后,在打腿的下拍时,膝盖的快速伸展,可能会把快的和慢的水下游泳者分开。

    最后,尽管在奥运会的水下镜头中很难发现,但速度较快的水下游泳者在打水的下拍时,脚可能会向内旋转,而不是严格地与腿保持一致。这种旋转使脚部的上表面水平地朝向游泳方向,就像海豚或鲸鱼的尾巴水平地躺着,在脚部产生更多的推进力。

    冲击金牌的“潜艇”

    因此,在东京奥运会上,寻找那些在开始和转身时在水下停留时间尽可能长的游泳运动员,并检查他们在摄像镜头切换到水下时使用的技术。

    在比赛中充分利用这些环节的游泳运动员可能会更容易为自己赢得奥运金牌。

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