参考译文-大自然的游泳者

小编悠游

从大自然中的游泳者中学习: 波浪意味着能量的浪费


作者 Dr. M. Edwin DeMont, Comparative
Biomechanics Laboratory, Biology Department, St. Francis Xavier University,
Antigonish, Nova Scotia,
Canada

原文网址:http://www.svl.ch/LearnFromDolphins/



母亲的涡流帮助小海豚跟上队伍。大约3岁时起，小海豚们开始在大海中跟着他们的母亲。这些小家伙和他们的母亲保持约10到30厘米的距离，同时也得到一些照顾。大一些的海豚在水中穿行，他们对自己的身前的水进行挤压。通过这种方法他们制造出一个涡流。涡流能够将小海豚给包起来。从而使小海豚在水中所遇到的阻力下降了65%。这样的涡流也可以在人类的游泳中发现，只要你离其他游泳者足够近。

接下来的例子给我们展示的是，人类如何从对水中动物的研究中获得启发。

Lyttle（1998）提出一个问题。他问到，游泳深度是否会对滑行速度产生影响。1983年，我参加了一个项目，它回答了这个问题。这项研究是用于探知跳跃的水生动物的能量消耗的奥妙(Blake,
1983)。
游泳中的能量消耗对水生动物来说，是他们能量预算一个非常重要的部分。一个重要的研究成果主要试图理解能量消耗问题的方方面面。这项研究成果也可以为那些试图维持目前渔业的人们提供一些有用的信息。
一些研究结果显示，一些特殊的形态和/或行为能够有利于能量消耗的降低。比如一些用肺部呼吸的鲸类动物（如海豚），他们必须浮出水面吸气。它们发展出一些特定的行为，以降低长途迁徙中的能量消耗。

这些动物游泳时必须显著的靠近水面，而不是水下。最典型的例子就是他们在迁徙过程中会偶尔的跳出水面（图1）。这样的行为减少了"水-空气接触面"的停留时间。在一些特定的条件下，能够降低整个迁徙过程中的能量消耗(Au
& Weihs, 1980; Blake, 1983)。



图1:海豚们在迁徙途中跃出水面,以减少波浪阻力产生的能量消耗.

"水-空气接触面"给这些用肺部呼吸的动物们制造了很大的麻烦,使它们无法在这个接触面上停留(Vogel,
1994).
在"水-空气接触面"的游泳运动制造了水面波浪,一般是一前一后的在身边.
制造这些波浪会消耗能量,因为它们是被从平均水面上抬高而形成的(Vogel,
1994).这些波浪意味着能量的浪费.这些被浪费的能量是一些额外的阻力,即我们所说的波浪阻力(图2).




图2:水阻力的形式.

由运动中的身体所产生的波浪阻力是由一些不同的因素所决定的,例如游泳速度和波浪的速度(Denny,
1993).由Blake (1983)
研究出的模型是用于研究跳跃的水生动物的降低阻力的能力.它使用了一种所谓的提高阻力的办法,即在不同的深度中牵引物体来测量其阻力.
阻力的大小因素是由相关淹没深度(h/d)
决定的.(h/d)
是深度h(从水面到身体中线)除以最大的身体直径d.同时阻力的大小还取决于身体的大小.对一个0.5大小的来说(靠近水面)来说,其最大的相关淹没深度(h/d)是5.也就是说,当身体靠近水面运动时,所遇到的阻力是全浸于水中的5倍.如果h/d的值等于或大于3(即完全浸在水中),那么在表面将不会产生任何可见的会造成阻力的波浪.

结论:
只要产生了波浪,那么游泳者的滑行速度将会降低.因此在滑行和

蹬离阶段应当尽量保持在足够的深度,以减少可见波浪的产生.恰

当的深度是由游泳者的自身大小(宽度)决定的.

产生了很多表面波浪的游泳技术所消耗的能量要比那些较少者大

.制造越少的波浪,节省的能量就越多.

图3中显示的是游泳者蹬壁的过程.他的身体中点约在水下50厘米处.最大的身体直径是40cm,也就是说,h/d
=
1.25.最佳的能有效降低波浪阻力的深度应该是大于120cm.
这不是说,在蹬壁后应该潜到这样深的地方.为了尽快地到达泳池的另一头,你必须时刻牢记你的时间.(潜水可能意味着绕了弯路,并造成了额外的浪费.)



图3:蹬壁后的波浪阻力.

参考文献


Au D, Weihs D
(1980). At high speeds dolphins save

energy by leaping. Nature 284,
548-550

Blake RW (1983). Energetics of leaping in dolphins and


other aquatic animals. Journal of the Marine Biological


Association of the United Kingdom 63, 61-70

Denny M (1993). Air
and water - the biology and physics

of life's media. Princeton New
Jersey: Princeton University Press

Lyttle A (1998). Does a swimmer's
depth in the water

make a difference in glide speed? Sportscience News


(Sept-Oct),

http://sportsci.org/news/news9809/isbms.html#glides
(159

words)

Vogel S (1994). Life in moving fluids (second
edition).

Princeton New Jersey: Princeton University Press

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