流体力学原理在游泳中的实践探究

摘 要 流体力学是力学的一个分支，主要负责流体本身运动状态的研究，在实际中应用十分广泛。游泳是一项常见的体育项目，除了基本的体能训练，更应掌握一些关于泳姿的技巧，本文对鱼在水中游动的原理进行了分析，并将其运用到人体游泳中，阐述了流体阻力和柔体形状之间的关系，进而完善现代的游泳技术，以取得更好的效果。

关键词 流体力学 游泳 柔体 实践探究

中图分类号：G861 文献标识码：A

0 引言

柔软物体的形状容易发生改变，以鱼为例，当鱼在水中来回游动时，鱼尾的摆动使其在水中获得一个很快的速度，鱼尾摆动其实就是对水流特性的一种利用，将此原理运用到人类的游泳中，对人的游泳速度研究意义重大。柔体的形状和流体的阻力有着很大关系，如何减小阻力、提高速度是当前游泳讨论的热点，有必要加强相关研究。

1鱼与人体力学的研究

1.1水流体的特性

1.1.1粘滞性

即是所谓的阻力，它是水分子之间相互吸引而产生的，在流体力学中称为“内聚力”，对水中的物体起牵制阻拦的作用。一般情况下，粘滞性和温度呈负相关，温度越高，粘滞性越小。水流体处于静止状态时，受力比较稳定，粘滞性几乎不起作用。若受的外力比本身内聚力大，水分子间固有的结构被破坏，在相互吸引下会产生摩擦，和外力抗衡，外力越大，摩擦越是激烈，从而对水中的物体形成阻力。

1.1.2流动性

若受的外力比本身内聚力大，水层压力将会发生改变，产生局部高于其他水层的压力，此时为了保持压力平衡，高压区和低压区会有压力的转换，这个过程就是水流体的流动性。按照力学原理，施力必须有支撑点，而水流体在流动中，压强随速度在不断变化，物体在水中没有固定的支撑点，在获得反作用力时，许多冲量都被流动的水消耗掉了，难以取得陆地上的效果。

1.1.3难以压缩性

许多物体之所以能够浮在水面上，是因为水流体具有难以压缩性，当大气压增强时，水压缩极小。在受到外力的作用时，不管外力多大，水的体积是不会变的，因此，水的密度也比较稳定。对于水中的物体，水会根据物体的体积大小换取等量水的容积，所以物体在水中会受到等量容积水的作用力，使物体重量被水的重量平衡。水是人体最多的成分，从这一点来看，人也具有一定的不可压缩性。

1.2鱼尾的流体力学分析

当鱼保持一个平衡姿势处于静止状态时，有其中心平衡线，鱼尾在这条线周围来回摆动，在水中会形成一定的作用力，总体是向前的，为鱼提供向前游动的力。鱼靠鱼尾的摆动获得向前的推动力，在摆动的过程中，若是从右侧向中心平衡线摆动，右侧的压强较低，相反的左侧压强较高，假设水作用于鱼尾的总力为F，此时便会分成两个力F1和F2，分别与中心平衡线平行、垂直，而平行于中心线的力F1 就是鱼游动的推动力。当鱼尾从中心平衡线向左侧摆动时，右侧仍是低压，左侧是高压，但此时与中心平衡线向平行的力F1在方向上有所改变，从向前的力转变到了向后的力，从推动作用变成了阻力作用。鱼在水中游动要有足够的推动力，所以在鱼尾摆动时总是高速摆至中心平衡线，离开时的速度则比较低，而且在摆动的过程中，为保证鱼能够正常前行，阻力必须小于所受的推动力，因此，其摆动幅度总是在鱼体的宽度范围之内。

1.3物体形状和流体阻力的关系

鱼在游动时，鱼尾摆动后肌肉放松，受水流体的阻力作用，此时鱼尾与中心平衡线在同一条线上，整个鱼体相当于处于静止状态。以龙睛鱼为例，从其肌肉紧张的状态来看，此时的鱼尾和划翅呈扇形的张开状，形成阻力且阻力点较多，方便其停止前进运动。当龙睛鱼在向前游动的过程中，鱼尾和划翅呈收缩状紧贴身体，以减少在水中的阻力，阻力点也逐渐消失，靠鱼尾摆动获得推动力。

2 流体力学原理在游泳中的应用

首先，鱼在静止时有其中心平衡线，人体也有，在双腿摆动的过程中，幅度不能过大，如果腿向下摆动的幅度较大，很容易增加身体对水截面，从而形成形状阻力；如果向上摆动的幅度较大，当脚露出水面时，水的压力下降，必会对动作有所影响，在蝶泳或仰泳等方式中，腿部的受力原理是一样的。由于在游泳教学中对此方面的忽视，许多教练缺少足够的理论依据，采取的教学方法也有诸多不合理之处，以至于运动员在训练腿部技术时没有科学明确的概念，导致训练效果并不是很理想。

其次，将上述理论应用到个蛙泳、蝶泳、自由泳等游泳方式中，分别观察其在水中蹬腿时的表现，对其进行分析，从中不难看出，当运动员的蹬腿动作结束时会有短暂的间歇时间，如果此时腿部肌肉紧张，就会收缩，则容易形成阻力，尤其是脚背，会出现很明显的阻力点，这种现象在蛙泳和蝶泳中更为明显，因为这时是两腿同时完成动作，脚背的面积大，受力也大，差不多为自由泳的两倍。如果在间歇时间内，运动员腿部的肌肉呈放松状，则会减少阻力，阻力点也会逐渐消失，而且在腿上抬时，还能够对脚底形成一种推进力。所以，在游泳中，人体必然会受到水流体的阻力作用，此时若肢体能够保持顺着水流方向的姿势，则能取得更好的蹬腿效果，而且有利于节省体能，进而提高游泳速度。

3 结束语

游泳速度的快慢与力学的诸多方面都有紧密联系，当手、腿等身体部位当水中运动时，会对水产生一定的作用力，水也会产生相应的反作用力，推动人体向前游动，但同时也会产生阻力，如何将阻力降到最低是研究的重点。在学习游泳时，要充分利用水流体的特性规律，找准人体中心平衡线，合理运用肌肉紧张与放松的效果，从而达到理想效果。

参考文献

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