游泳课题成果.ppt

游泳中的流体力学;绪论

水的自然特性：

压力：

粘滞性：

流动性：

密度：

难以压缩性：

人体在水中的漂浮能力：

人体在水中的沉浮与肺内吸进和吐出的气体有关，体内存储气体的多少直接影响人体密度。

吸足气后，密度约，浮在水面；

呼完气后，密度约，就会下沉。

;人体在水中重心位置

水中的正确姿势

;一、动物的游动方式

水生动物适应水中的环境，其运动形式以游泳为主。己进化了几亿年的水生动物，其游泳的方式是多样化的，粗略可分为摆动法、划动法、水翼法、喷射法等。

⑴摆动法，是指鱼利用鳍的波浪式摆动来游泳。多数鱼类有较大的尾鳍，以尾鳍摆动产生向前的推力。如体长约18cm的鳟鱼摆动尾鳍2次，可从静止状态达到平均游泳速度1.33m/s。但也有的尾鳍很小，体形细长、有易弯曲的脊推骨，如鳗鱼在游泳时身体前部保持直而不弯，后部则左右弯曲摆动。还有很多鱼类也靠摆动背鳍、胸鳍和腹鳍来游泳；当要提高速度时，便把胸鳍贴着身体，用尾鳍摆动来辅助背鳍和腹鳍的运动。

⑵划动法，是指动物利用胸鳍、腿、鞭毛或纤毛划水游泳。蛙的幼体蝌蚪是靠尾部的摆动游泳的，长成蛙后便依靠后肢的划动游泳了。龙虱、水龟虫等鞘翅类和划蝽、仰泳蝽、田鳌等半翅类昆虫，其身体不能弯曲，靠扁形的后腿划游。衣滴虫用两根鞭毛划水；草履虫是长着纤毛的细胞原生动物，纤毛长约10μm，相距约2μm，像是—艘由5000具浆划动的潜艇。在水面游泳的鼓虫，后腿划动每秒钟达50一60次，可前进达100cm，而且能分泌降低水表面张力的油类，故行动迅速。鸟类中有游禽，包括鸭、鹅、鸳鸯等靠腿的划动游泳，其趾间有蹼，当腿向后伸时蹼就展开，以增加对水的推力；而收腿时，蹼又褶缩，以减少对水的阻力。

;⑶水翼法，是指动物使用其流线型运动器官游泳。以水翼法游泳的，多是体形较大的水生动物，如企鹅、海豚、鲸鱼、海龟、金枪鱼等。它们除了有流线型的体型外，还有流线型的运动器官。试验表明，体长1.9m的海豚游泳速度可达21.0m/s。

⑷喷射法，是指动物用其器官喷水以产生推力游泳。乌賊与章鱼的呼吸鳃位于套腔中，在头下方后端的腹面有—漏斗状构造和裂口。水可通达裂?进入套腔以供呼吸；套腔肌肉又可收缩，将水迅速挤出，以产生推力（见章鱼和水母的喷射法游泳示意图）。体长0.2m的章鱼，由静止状态收缩—次，在水中推进的速度可达2.1m/s。还有扇贝，利用闭壳肌舒展收缩来开合两壳，将水从套膜腔挤出去而实现游泳。

在体育运动方面，也希望借鉴、模仿水生动物的游泳，以提高运动能力和水平，

;二、人体在水中所遇到的阻力

１、外形姿势阻力

外形姿势阻力大小：

C为阻力系数

ρ为水的密度

v为相对水流速度

A体表面积;减小外形姿势阻力的办法：

一、是身体平直，保持流线型姿势；

二、在水中做与身体运动方向一致的动作，都应尽可能地减少挡水截面,前移速度相对减慢；

三、是直线游进，游进中保持稳定平衡，防止上下起伏和左右扭摆。

;２、体表摩擦阻力

在水对人体的阻力中，体表摩擦力是各阻力中最小的。但游泳比赛常以百分之一秒定胜负，故减少体表摩擦阻力也很重要。

仿生学应用

鲨鱼皮泳衣：研究人员尝试着为运动员制造“鲨鱼皮”。他们研制了两种新的纤维针织物，把它们按照鲨鱼皮肤上的纹理变化方式排列起来。这种织物能够挤压身体，防止肌肉颤动，还能在高速运动时形成类似鲨鱼身上的小齿结构来减小摩擦阻力。这种方法的原理是让水流从小齿的顶部掠过，并把能造成摩擦阻力的泳衣表面给“遮掩”起来。最终，研究结果证实，这种面料能够比传统泳衣降低4%的阻力。

;３、波浪阻力

物体在水与空气的共界面上运动时，由于两种流体密度不同，物体运动时破坏了水的平衡，并使水向空中涌起，形成了波浪。人体游进中都会形成波浪，波浪是身体做功的结果，因此，在产生波浪的过程中就消耗了能量。消耗的能量表现为波浪产生，称为波浪阻力。

;减少波浪阻力的方法：

游进时身体呈流线型状态，避免抬头挺胸或两脚左右分开；

注意身体的稳定平衡，用力自然，游速均衡；

手臂入水时尽量减少拍打动作，应顺势插入水中，以免造成波浪；

转身后的滑行不要过浅，身体在水下30厘米深处可有效减少波浪的形成。

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;增大阻力推进力的方法：

增大划水面积；

加速划水；

曲线划水，以不断划到静水为补偿。

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;增大升力推进力的方法：

增大踢水面积；

加速踢水

;其他推进力理论：

1、翼叶推力

翼叶推力是水流反旋产生升力的结果。

2、甩脱推力

在游泳的某些过程，特别是蝶泳、自由泳臂部划水动作临近结束阶段，由于动作方向的突然变化，水流的边界层（反旋）会被甩离肢体外，被甩的水流产生反作用力，推进运动员前游。;;;;;;