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游泳运动,游泳的流体动力学知识

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2019-09-11 16:33  浏览次数:334
核心提示:游泳的流体动力学主要是研究人体在水中运动的规律,但是,研究流体力学是一个复杂的问题,它涉及到许多概念和公式,在这里我们只

游泳的流体动力学主要是研究人体在水中运动的规律,但是,研究流体力学是一个复杂的问题,它涉及到许多概念和公式,在这里我们只讨论人体在水中游泳遇到的最基本的问题,即游泳运动与水介质阻力和升力间的关系。

人在静止的水中运动,水会对人体产生作用力。作用于人体运动反方向上的分力,叫做人体所受的水阻力,简称阻力;作用于垂直人体运动方向上的分力,叫做人体在水中所受到的动水升力,简称为升力。

(一)水的阻力

1.阻力的种类与形成

游泳时人体与水介质发生相对运动是产生阻力的根本原因。

阻力的形成是多方面因素决定的,如物体的形状、截面、表面光滑程度,以及运动速度等等。不同的因素所形成的阻力也不同游泳时受到的水阻力主要有形状阻力、摩擦阻力、兴波阻力等。

(1)形状阻力

当物体在水中运动时,物体前部受到的压力增大,使前面的高压水流向后挤压,当水流流过边界层,并从物体后分离时,就会在物体后部形成许多快速旋转的漩涡(尾流),这是由于物体后部的漩涡区内压力降低,迫使周围的水来填充而形成的。物体前面的动压强为正值,后面的为负值。这种由于物体形状而造成物体的前后压力差所形成的阻力,叫形状阻力,也称为漩涡阻力。

形状阻力是游泳中常遇到的阻力。其大小与物体的投影截面和物体的前后压力差成正比。投影截面,是指游进方向垂直的平面上,身体所形成的投影面积。投影面积越小,物体所受到的正面阻力也就越小。而物体的前后压力差,是由物体形状决定的。

投影面积和运动速度都相同,只是由于各自的形状不同,所受到的阻力也不同。阻力最小的是流线型,最大的是平板型和凹形,阻力差可达100倍。

在形状阻力中,物体的后部形状起决定作用。由此推论,物体的长度对形状阻力亦有影响,这种影响与物体长径与短径的比例有关。长、短径比值大时,物体的曲度就小,阻力系数也小。

综上所述,物体形状,特别是物体后部的形状,是决定形状阻力的重要因素。尽管人不可能改变自己的身体形状,但在游泳中却可以改变身体姿势,使之更符合流线型的要求。还可以利用形状阻力去加大划水和打水的效果。

 
(文/小编)
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