推进效率（翻译）

小编悠游

推进效率（翻译）
很明显，游泳时推动力的产生和地面活动推动力的产生是截然不同的。在地面上我们的推进力是作用于地球的。由于地球的质量非常巨大（对于人体的质量而言--冰雪女神），地球因此产生的加速度几乎可以忽略不计。同样在水中推动力是靠水的反作用力来实现的。但是，在水上运动中水的加速度就不可以忽略了。更确切地讲，根据牛顿第二定律，力就是给质量m一个加速度du/dt.
F = m du/dt
因为动量等于水的质量m乘以加速度即m•u,上面的公式（F = m du/dt）也可以解释为，对一定质量的水的作用力等于水的动量的变化率。不考虑水的流动因素（水阻力，水的提升，漩涡），游泳者向前推进是靠给水一个反向的动量。


向前推进的动力Fp是靠给质量为m的水一个加速度du/dt而产生的。从而使被推的水获得了一定的动能(0.5•m•u2)这个动能是靠游泳者对水做功产生的。由游泳者对水做的机械功大部分被转换为水的动能，小部分用于推进游泳者。
假设一个游泳者向后推水使一定质量的水产生速度u.游泳者从而获得了推动力F和前进速度v.因此一定质量的水进行了动量转换.从而单位时间给水的能量(0.5m•u^2等于对水的作用力乘以水的速度(u):F•u这就是在推进中消耗的能量 (Pk)，在能量转换中这是被浪费的能量。假设游泳者以恒速向游动。在这种情况下水的反作用力等于推力，推进游泳者的能量等于F•v，可以称为有用能量。现在我们可以定义一个效率，就是Froude效率，或者说推动效率(ep):。

推进效率=用于推进的能量/用于推进的能量+损耗的能量=前进速度v/前进速度v+水速度u
从上面的方程可以看出(因为u不比v小很多)在流体中产生推动力会带来能量损耗，损耗的能量转换为流体的动能.对于人类的游泳来说上面的分析有两点是很重要的，
(i)能量的损耗相当大(ep << 100%)。
(ii)能量的损耗在很大方面上取决于游泳者的技术。
测量推进力产生中的热量消耗
在下图中列出了在爬泳中两种起决定性作用的力量（推进力和水阻力，忽略了重力和浮力）以及在他们的作用下的速度。这个自由体受力图显示了在游泳运动中消耗的能量可以分为两个主要部分。用于克服水阻的能量(Pd)，和额外的转换为水的动能那部分能量(Pk)。

游泳者的“自由体受力图”：以恒定速度游泳时（只用手臂划水），推进力(Fp)等于阻力(D)。这两种主要的力在游泳线路的方向上上作用于游泳者，每一个作用点都有一个速度。因为能量等于F和v的乘积。
为了克服阻力而付出的能量等于

在推进力产生中能量的损耗(Pk)是通过在确定游泳者靠划水获得推力和游泳者靠推固定物体获得推动力(Pk=0)两种系统中能量消耗的比率的不同来计算的。如下图所示

我们可以通过比较相同速度下在自由环境中游泳时氧气的摄取量和在'M.A.D.'系统游泳时中氧气的摄取量来估计能量的损耗。在自由环境下氧气的摄取等于用于克服阻力的能量加上为了产生推力而损失的能量。而在'M.A.D.'系统中氧气的摄取仅等于用于克服阻力的能量。
在'M.A.D.'系统游泳时推力作用于一个固定的点上没有能量转换为水的动能(Pk=0)。以同样速度游泳时在两种系统中能量消耗的比率和Pk成正比。Pk的值可以根据这个比率乘以能量消耗的总量计算出来。这是在两种系统中能量消耗 (D&#8226;v) 和E 的比率。通过上面的分析可以看出，Pk在游泳者能量输出中占相当大的一部分。用于克服水阻所做的有用功和游泳者输出的总能量的比值被定义为推进效率ep。
原文：http://www.ifkb.nl/B4/propellingeff.html