游泳中的物理學

鄭秀提

摘要： 游泳是一項很好的體育運動，與球類運動、田徑運動相比，它比較不易受傷，且能使人體所有器官都能全面得到鍛煉，尤其是心肺功能，很多人都喜愛游泳。那么，怎樣才能游得好、游得快呢？游泳這項運動里包含著那些力學原理呢？本文對此進行具體分析。

關鍵詞： 游泳物理學力學原理

游泳是一項很好的體育運動，與球類運動、田徑運動相比，它比較不易受傷，且能使人體所有器官都得到鍛煉，尤其是心肺功能。很多人都喜愛游泳，怎樣才能游得好、游得快呢？游泳這項運動里包含著那些力學原理呢？

初學游泳的人，面對的第一關就是要學會適時地憋氣而不嗆水。見過太多的溺水報道，很多人就期望著自己能夠在水中保持浮著，不會下沉而嗆水。其實這種期望是不現實的。大部分人的身體密度略小于水的密度或接近水的密度，根據浮力原理，人體如果完全浸沒入水中時，受到的浮力略大于人體重力，人體將上浮最終漂浮，就像泡沫塑料能浮在水面上。所以人體是可以有一小部分露出水面的，但由于浮力與重力的差值很小，因此理想狀態下，也只能有一小部分露出水面，而所謂的理想狀態就是人靜止不動，水也靜止不動。但任何一個初學者都不滿足于此，他們都想通過劃水獲得額外的力讓身體露出水面更多些，以免嗆水。可是物理規律是無法違背的。當身體由于得到額外的力浮出水面更多時，身體浸入水中的體積將減少，浮力也將減少，小于人自身的重力，人就下沉。當然人沉沒入水中時，人所受到的浮力大于重力，人就會上浮。由于劃水產生的額外力是不連續的，因此人在水中的狀態是浮沉交替運動的。有的人到了水中會嗆水，實際上是因為沒有適時地憋著氣。當人下沉時憋氣，上浮時換氣，人就不會嗆水了。

當人要連續地、長距離地游動時，光會憋氣是不夠的，還應該學會適時地換氣。人在游動時，身體是一浮一沉的，在下沉的時候憋氣，在上浮的時候換氣，這樣才能游得持久。當然，換氣比較復雜、不容易掌握。換氣包括呼氣和吸氣兩個過程，如果兩個過程都在上浮時進行，人就很容易嗆水了。所以，實際的換氣是在水中先憋氣，然后吹氣（表現出來就是吹水泡），在浮出水面時適時地張嘴，這時新鮮空氣就在大氣壓的作用下被壓進肺部了。如果能適時地進行這個循環的過程，你就學會換氣了。游泳是一項很費體力的運動，想要游得好，游得遠，就必須注意節省體力，掌握好換氣時機和良好的游動技巧非常重要。善游者都是盡可能地把身體泡入水中，只在需要吸氣時才將頭部露出水面，并且是在手向下劃水時才抬頭，讓嘴巴露出水面就可以了。控制好平衡和換氣，人就可以游動了。

人要游動起來，就要給身體一個向前的力。人在水中受到向上的浮力和向下的重力，這兩個力近似于平衡。當人向后劃水時，由于物體間力的作用是相互的，人對水施加一個向后的力，水就會對人產生一個向前的推力，推動人向前游動。

那么為什么有人游得快，有人游得慢呢？原因就在于有人很好地掌握了劃水技巧，而有人沒有掌握。人體在水中游動時，受到的力很多，簡單歸納為四個：重力、浮力、向前的作用力和向后的阻力。重力和阻力幾乎平衡，所以影響身體前進的最主要外力是向前的作用力和向后的阻力。

專業的游泳訓練就是圍繞著如何加大得到向前的作用力，同時減少阻力而展開的。不同的劃水技巧同時影響著這兩種力的大小。相比之下，影響阻力的因素更多，克服它的技巧也更多。簡單地說，人體游動時，應盡量保持流線型，并盡量減少人體前進方向的正投影面積。以蛙泳為例：開始游動時，雙手并攏前伸最省力；手向后劃水時，腳繃直并攏，腳回收然后向后蹬時手并攏前伸，這種姿勢比手腳同時動更輕松。再以自由泳為例：當兩手交替劃水時，不劃水的手應在上半身微側的動作下盡量向前伸展，劃水的手掌是貼著人體軸線向后劃動的，劃完水后手臂側身提起并向前伸展，換另一手劃水，這樣在得到向前的作用力的同時，使身體前進方向的正投影面積達到最小，這樣就可以有效減小水對人的阻力，而不是伸直手臂以肩為圓心向下向后輪臂。相比之下，后者手臂受到的阻力更大，劃水時需要耗費更多的體力，同時使前進方向身體的投影面積增大，水對人體的阻力更大。另外，游泳時，兩腿上下擺動時應是大腿帶動小腿和腳掌，幅度不應過大，頻率可加快。幅度大會加大投影面積，使阻力增大，而頻率快則可使前進的作用力加大。

還有一點是要學會在水中保持身體肌肉的放松。放松身體可以減小摩擦系數且降低身體能量的損耗。因此在游動中沒有用力的部位應時刻保持放松，需要用力的部位在用完力后也應立即放松，這樣才能做到不費力便能游得又快又好。

通過簡單分析，可以明白為什么有的人在水中很用勁卻游不快，而有的人并沒有很使勁卻可以游得很快，這其中除了不同的人存在著先天的差別之外，適當地鍛煉并掌握一定的物理知識用以提升技巧尤為重要。無論什么泳姿其最終目的都是圍繞著如何加大動力，降低阻力，如果能用所學的物理知識改進我們的游泳技巧，則對提升游泳成績大有幫助。