游泳的推动力

2012-8-20 14:42| 发布者: admin| 查看: 5153| 评论: 0

简介
(一)游泳时身体所受的力 身体在水中静止时水对身体各方面的压力的合力等于零。只是浮力与重心相互作用。 当运动时臂或腿对水所施的力叫“作用力”,而水对臂或腿动作的支撑力叫“动作的反作用力”或“水的支撑 ...

(一)游泳时身体所受的力

身体在水中静止时水对身体各方面的压力的合力等于零。只是浮力与重心相互作用。

当运动时臂或腿对水所施的力叫“作用力”,而水对臂或腿动作的支撑力叫“动作的反作用力”或“水的支撑作用力”。

臂、腿或其它部位产生的有助身体前进的力作用于身体重心时,总称“推动力”,而由此引起水的限制力总称“阻力”(见图四)。

                                                       图四

以上三对力是相互依存、相对作用的,其实质是作用力与反作用力在不同情况下的两种解释,只是根据环境介质特点有所差异。

(二)游泳时动力效果的特点

1、作用力与反作用力的差异:在水中动作效果与陆上不完全相同,虽然水的粘滞力内聚作用对物体运动有一定抗力,但其内聚力对特体运动的抗力很小,当运动力大于水的内聚力时,水即有部分按物体运动方向流动。或根据压力变化流向低压区,故部分动力被水流转移,从而使动力分散。故得不到像陆地上固定支撑的效果,得不到与作用力大小相等的反作用力,其削弱程度取决于肢体的姿势和速度。

又因人体的肢体形状属不规则型体,做动作时划水面会与划动方向产生偏角,其反作用力方向多是相对水流与挡水面仰角构成的合力,或与绕流形状形成的合力方向,故反作用力的方向也不完全与作用力方向一致。

2、惯性作用的差异:由于水的密度和粘滞力关系,动作起动时难以得到冲量效果,即使运动体的流线性很好,也会因本身的和水的惯性作用与水的粘滞力使起动速度迟缓,难以体现股肉爆发力,从而使动作由静到动的加速过程延长,身体在无连续动力推动下速度递减也快。其程度取决于身体受阻程度和划水效果之差,例如游爬泳时前一次划水后身体速度为1.88/秒,至后一次划水前仅半秒钟其速度降为1.55/秒。因而技术中要改进身体姿势来延续已获得的动力惯性的消退,所以就要使动作配合的衔接更加合理,并且应使对身体的推动力相继生效,维持较均匀的速度,减小划水必须加速的能耗。

3、作用力的合力(压力中心)点:陆上运动由于空气密度很小,一般只考虑作用力点与被作用力点的关系,而肢体在运动过程中受介质形成的力可忽略。如推铅球时只考虑球对手的阻力,而臂在挥摆时受空气影响可不计。

游泳时由于水的密度要大于空气800余倍,当臂划水时上臂、前臂和手都将在不同阶段根据形状、速度和方向形成不等的阻力,得到不等的支撑效果并构成一个合力,通过臂作用于身体重心。由于臂各部位在不同阶段受阻不同,这个合力点的位置也随动作而变化。这个合力点称为“压力中心”。以爬泳划水为例(见图五)。

根据角速与线速关系,臂划水时半径越长线速越大的解释,手的速度要大于前臂,前臂要大于上臂。在形状上手的阻力最大,前臂在高肘阶段会比开始增加,上臂阻力最小。

当手由M划至N点时,臂的合力点“压力中心”在手腕部。

当手臂划水屈肘后形成高肘姿势,前臂和手同连同方向划至P点,前臂效果增大,图中AB的合力为DDC的合力为E,这个点在高肘时要上移至前臂下端,即臂划水的压力中心点。它是随划水技术而改变而改变位置的。

为了使身体获得前进速度,就必须取得向后的支撑,无论以哪个方向划动为主都应使压力中心沿身体的下面后划,使此合力点效果指向运动前方。因而手在划水中既不是沿直线划动,而是围绕身体中线的垂面从一侧划向另一侧,在划水中部手要划过身体中线(见图六)。

图六

任何游泳技术,都是要求臂手划水合力点压力中心效果即是推动力的方向。为了使它在主要划水阶段有较稳定的方向,躯干、手和臂就得不断地调整改变方向来保证。

由于人体结构关系,在三度效果中只能保证主要分力指向运动前方,其他分力产生的不利因素必须通过其他部位动作加以平衡。

爬泳划水要取得前进效果,躯干转动和手臂配合在后划中要有左右调整,使压力中心沿身体下面向后作用,这样可以减少左右分力的影响,其上下分力可靠本身重力、浮力及其他动作平衡。

仰泳手在体侧划动,它要求压力中心轨迹与重心处在相近水平面上,在推动身体前进同时避免过大的上下分力影响,用其他动作平衡侧向力。同时划水技术侧向力已自行平衡,压力中心轨迹在划水主要阶段应保持与重心在相近水平面上,减少上下分力形成的起伏影响。

(三)游泳推动力效果效果分析

身体各部运动形成的力,无论是有助前进的或影响前进的,都将通过肢体作用于身体重心,当有助身体前进的动力占优势时,身体即会按力的议长前进,这些力的合力称为“推动力”。

1、纵向划水和横向划水:游泳时动力来源包括以纵向划水和横向划水中有助身体前进的成分,它必须取得水的支撑作用,并指向身体运动的前方。动力产生于身体重心以后部分对重心起推的作用,产生于重心前部分起拉的作用,总称为游泳“推动力”。

游泳时肢体运动的速度、幅度和方向,要受肌肉工作条件和骨骼姿势限制决定其技术规格,用纵向或横向划动路线亦要受身体结构限制的。但在身体前进速度为优胜的竞赛中,就必须使能促身体的因素占绝对优势,或至少要占较大比重,才能取得有力的向后支撑。因而在身体结构允许下应以纵向为主要动力来源。除因身体结构或某种限制难以用纵向划动取得支撑时,如蛙泳蝶泳划水的前部,用横向划水比纵向更加有效,能使升力为主要动力并指身体运动的前方,即应以横向划动为主。

2、垂直分力(升力)和水平分力(阻力):在臂手同步划水中,由于肌肉工作、分力点要求和手型受力关系,难以在动作中保持完全不变的姿势和方向,因而在纵向划水中会有部分横向因素,横向划水中也必然有纵向因素。致使效果作用于身体时多是三度效果,即上下、前后和左右。而在任一平面上只能体现两度,如侧面可表现上下和前后,正面可表现上下和左右,俯视时可表现前后和左右。

根据动作方向与前进要求,任何一个力均可体现两个分力,与运动方向平行或近似平行的,叫水平分力或阻力,与运动方向垂直或近似垂直的,叫垂直分力或升力。两个分力在不同情况下均有可能成为主要动力并指运动前方,而另一分力将指运动的侧方。

臂、腿以横向运动为主时,依靠肢体上下面形成的压力差,升力将成为主要动力,但其总阻会减弱,升力比重越大总阻越小。以纵向运动为主时,依靠肢体前后形成压力差,阻力将成为主要动力,阻力比重越大总阻值越大。

动作总阻效果如能与身体运动要求一致或近似一致时,两个分力都将有助前进,反之则无助前进。

当任一分力指向前方时,另一分力必指向侧方,无论是手成偏角或斜向划动,力的效果都将出现如上现象,必然使动力分散和削弱。只有使有效分力接近合力而达到最大时,其不利前进的侧方分力才能达到最小。这就是动力的“升阻比”问题。

飞机能够升空是靠机翼的剖面形状,在一定前进速度下,通过气流在机翼上下形成压力差,差生升力平衡,所以飞机得以在空气飞翔,其理论依据可从平板滑行情况解释。

按伯努利定理平板在流体中运动时,受到的升力和阻力取决于板体与平直流构成的仰角,形成压力差所致(见图七)。

图中A设平板与平直流平行,由于板体上下压差不明显,故不产生升力,前后压差很小阻力也不大。当板体与平直流垂直时,如图中B,由于板体前后形成最大压差,阻力达最大,而上下压差不明显,不产生升力。当板体与平直流成一定迎角(攻击角)时,如图中C,由于上下和前后均形成压力差,既产生升力也产生阻力,二者的值取决于板体与平直流形成的夹角。

 

图七

由于机翼剖面形状不同于平板,产生升力条件也不完全相同(见图八)。

图八

根据环流原理机翼与平直流形成的现象,称为马格努思效应,如图中A,机翼上面是凸面,正象手掌横剖面形状,上面流速大,静压强减小,下面相对流速小,静压强大,故形成上下压力差而获得升力,由于前后压差不大故阻力达到最小。当迎角稍增大时如图中B,升力阻力同时增加,而升力增加大于阻力。迎角继续增大,如图中C,机翼尾部上面出现分离层趋势,并随角度增大其分离点前移至机翼中部,此时上下压差消失升力突减。其极限角度约18-20°升阻值变化(见图九)。

图九

根据这个道理不同形状或同型而姿势不同其阻值会有较大差异,从而得出两个分力变化。

3、等速与加速划水:在构成阻力因素中,速度起重要作用,它与阻力成平方比。由于水的粘滞性关系,在运动体的尾部会根据形状、速度出现不等程度的分离层趋势,并吸引各方向水流同时流集,形成伴流随物体流动,水力学上对这股水流称为“形势伴”或“流线迹线”,它是消耗了物体运动能量而产生的,其形势随运动速度和物体尾部形状而改变。

当手掌以等速划水时,手背后的伴流与手同速,这股水流虽不断地因内聚力被邻近水层吸引而流失,又不断地因手背后负压吸引水流补充,保持一定动量水流填充手背后的分离层负压区。故使手划动时前后压差减弱。在些种情况下手背越不流线,阻力越小。

如手掌划水时减速,伴流会因手的减速对手背起推动作用,从而使手掌前后压差消失,手起反向阻力作用。

当手掌加速划水时,会因手掌不断加速使原加速前手掌推动的水流与掌面相对静止,而手背后面则会因不断加速使原加速前形成的伴流分离趋势加剧,从而加大手掌前后的压力差。在此种情况下手背后面越不流线,阻力越大。

游泳是在静水中进行的,由于运动才引起水流流动。手掌按任何方向划水都要引起周围水层流动。手掌前面要推动部分水流按力的方向流动。手背后面要吸引水流随手划动方向流动,划动越快被推动水流按力的方向流动越少,大都绕流至手背后。

所以手按等速划水时,手的四周不存在静水,当划水不断加速时,前面被推动水流不断形成相对静止形势,而后面被吸引水流永远落后于手的划水速度,手掌加速划水,阻力不断增加,使手起到划相对静水作用,全程中保持支撑力。

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