游泳中的物理学
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作者: 郑秀提
摘 要： 游泳是一项很好的体育运动，与球类运动、田径运动相比，它比较不易受伤，且能使人体所有器官都能全面得到锻炼，尤其是心肺功能，很多人都喜爱游泳。那么，怎样才能游得好、游得快呢？游泳这项运动里包含着那些力学原理呢？本文对此进行具体分析。
关键词： 游泳 物理学 力学原理
游泳是一项很好的体育运动，与球类运动、田径运动相比，它比较不易受伤，且能使人体所有器官都得到锻炼，尤其是心肺功能。很多人都喜爱游泳，怎样才能游得好、游得快呢？游泳这项运动里包含着那些力学原理呢？
初学游泳的人，面对的第一关就是要学会适时地憋气而不呛水。见过太多的溺水报道，很多人就期望着自己能够在水中保持浮着，不会下沉而呛水。其实这种期望是不现实的。大部分人的身体密度略小于水的密度或接近水的密度，根据浮力原理，人体如果完全浸没入水中时，受到的浮力略大于人体重力，人体将上浮最终漂浮，就像泡沫塑料能浮在水面上。所以人体是可以有一小部分露出水面的，但由于浮力与重力的差值很小，因此理想状态下，也只能有一小部分露出水面，而所谓的理想状态就是人静止不动，水也静止不动。但任何一个初学者都不满足于此，他们都想通过划水获得额外的力让身体露出水面更多些，以免呛水。可是物理规律是无法违背的。当身体由于得到额外的力浮出水面更多时，身体浸入水中的体积将减少，浮力也将减少，小于人自身的重力，人就下沉。当然人沉没入水中时，人所受到的浮力大于重力，人就会上浮。由于划水产生的额外力是不连续的，因此人在水中的状态是浮沉交替运动的。有的人到了水中会呛水，实际上是因为没有适时地憋着气。当人下沉时憋气，上浮时换气，人就不会呛水了。
当人要连续地、长距离地游动时，光会憋气是不够的，还应该学会适时地换气。人在游动时，身体是一浮一沉的，在下沉的时候憋气，在上浮的时候换气，这样才能游得持久。当然，换气比较复杂、不容易掌握。换气包括呼气和吸气两个过程，如果两个过程都在上浮时进行，人就很容易呛水了。所以，实际的换气是在水中先憋气，然后吹气（表现出来就是吹水泡），在浮出水面时适时地张嘴，这时新鲜空气就在大气压的作用下被压进肺部了。如果能适时地进行这个循环的过程，你就学会换气了。游泳是一项很费体力的运动，想要游得好，游得远，就必须注意节省体力，掌握好换气时机和良好的游动技巧非常重要。善游者都是尽可能地把身体泡入水中，只在需要吸气时才将头部露出水面，并且是在手向下划水时才抬头，让嘴巴露出水面就可以了。控制好平衡和换气，人就可以游动了。
人要游动起来，就要给身体一个向前的力。人在水中受到向上的浮力和向下的重力，这两个力近似于平衡。当人向后划水时，由于物体间力的作用是相互的，人对水施加一个向后的力，水就会对人产生一个向前的推力，推动人向前游动。
那么为什么有人游得快，有人游得慢呢？原因就在于有人很好地掌握了划水技巧，而有人没有掌握。人体在水中游动时，受到的力很多，简单归纳为四个：重力、浮力、向前的作用力和向后的阻力。重力和阻力几乎平衡，所以影响身体前进的最主要外力是向前的作用力和向后的阻力。
专业的游泳训练就是围绕着如何加大得到向前的作用力，同时减少阻力而展开的。不同的划水技巧同时影响着这两种力的大小。相比之下，影响阻力的因素更多，克服它的技巧也更多。简单地说，人体游动时，应尽量保持流线型，并尽量减少人体前进方向的正投影面积。以蛙泳为例：开始游动时，双手并拢前伸最省力；手向后划水时，脚绷直并拢，脚回收然后向后蹬时手并拢前伸，这种姿势比手脚同时动更轻松。再以自由泳为例：当两手交替划水时，不划水的手应在上半身微侧的动作下尽量向前伸展，划水的手掌是贴着人体轴线向后划动的，划完水后手臂侧身提起并向前伸展，换另一手划水，这样在得到向前的作用力的同时，使身体前进方向的正投影面积达到最小，这样就可以有效减小水对人的阻力，而不是伸直手臂以肩为圆心向下向后轮臂。相比之下，后者手臂受到的阻力更大，划水时需要耗费更多的体力，同时使前进方向身体的投影面积增大，水对人体的阻力更大。另外，游泳时，两腿上下摆动时应是大腿带动小腿和脚掌，幅度不应过大，频率可加快。幅度大会加大投影面积，使阻力增大，而频率快则可使前进的作用力加大。
还有一点是要学会在水中保持身体肌肉的放松。放松身体可以减小摩擦系数且降低身体能量的损耗。因此在游动中没有用力的部位应时刻保持放松，需要用力的部位在用完力后也应立即放松，这样才能做到不费力便能游得又快又好。
通过简单分析，可以明白为什么有的人在水中很用劲却游不快，而有的人并没有很使劲却可以游得很快，这其中除了不同的人存在着先天的差别之外，适当地锻炼并掌握一定的物理知识用以提升技巧尤为重要。无论什么泳姿其最终目的都是围绕着如何加大动力，降低阻力，如果能用所学的物理知识改进我们的游泳技巧，则对提升游泳成绩大有帮助。
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