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2013年5月24日 星期五

波浪阻力

水中游泳時由於破水前進對靜水產生壓力,身體兩側會產生波浪,本身並不會受到影響,對別人卻會產生干擾的作用,因此當你游泳的速度比別人快時,所產生的波浪會干擾到兩旁後面的對手,比賽時若速度比別人慢,速度較快的選手會被安排在最中央的賽道,此時游泳宜離中央賽道的選手遠一點為佳,以減小受到波浪的干擾,目前比賽時泳池內都設有消波之水道線,目的就是要減少上述水波的干擾。
  自由式、蝶式或背泳的游泳比賽,常見選手轉身後在水面下較深處以海豚腳踢水,而不會立即浮出水面游,有人說是因為水面有波浪阻力,在水下則泳有,所以在水下以海豚腳游比較快…?
  以力學的觀點來看,在較深水處無論是上踢、下踢、左踢或右踢,水壓都是平均的,都能產生推進力,功率佳,自然游的更快,面且兩臂可以短暫休息,出水後可加速向前划水。在水面游,雖然阻力較小,但僅向下踢有推進力,向上踢則幾幾乎無動力,功率不佳,自然就會慢。無論說法如何,實際驗証的結果,在水面下較深水處以海豚腳踢水的方式,游得快,所以目前選手轉身後大都採用此種游法。
  國際泳聯考累水下潛久了,腦部容易缺氧及電視轉播的可看性不佳,規定轉身後十五米內必須浮出水面。
  目前比賽,流行在短水道(25米)池舉行,以200米為例,會有7次的轉身機會,因此若能熟悉水底海豚泳游法,佔有不少的優勢。

  海豚的尾部約佔其身體總長度的20%,所以此種游法的要領,是頭需輕微擺動帶動腰力,讓小腿迅速向上下擺動。
資料來源 http://www3u.homeip.net/swim/dynamics/ms-drag3.php

壓力阻力

當水流經物體時,有與物體表面粘貼而停滯下來的傾向,然後在與表面分離而產生擾動尾流,尾流處的壓力要比物體前面停滯點低得多,因此,在物體運動的反方向產生一淨力,此淨力即為壓力阻力。

  壓力阻力的大小與物體形狀有關,故亦稱形狀阻力(Form Drag Force)。

  物體形狀如果改為流線型,分離點會發生在物體的更較後方處,令尾流的面積減小,壓力阻力因而降低。所以飛機、輪艇、汽車的外型都是以流線型來設計的,以減小前進時產生的阻力。


  在游泳比賽時,身體宜儘量伸直保持流線型和維持水平狀態,以減少壓力阻力。

  如果物體的型狀無法改變時,可將物體表面粗糙化,粗糙的表面易使流體形成擾流,分離點便會延後發生,壓力阻力因而減小,高爾夫球的設計就是刻意令表面粗糙化,球被擊出時,可飛得更遠。粗糙的表面雖然會導致磨擦阻力的增加,但是相比起形狀阻力的大量降低,粗糙的表面仍是值得的。


  最近流行的沙魚裝,就是根據此觀念設計而成。粗糙沙魚裝的表面容易產生擾流,令流體的分離點在游泳者的更後方才發生,壓力阻力因而降低。

  但有顆粒的沙魚裝會增加水的磨擦阻力,另人的體型已屬流線型,游泳時多半能保持水平狀態,是否會因穿沙魚裝游得更快,仍有待觀查。

資料來源 http://www3u.homeip.net/swim/dynamics/ms-drag2.php

磨擦阻力

若游泳速度無法再提高時,所花的體力,都消耗在抵抗水的阻力上,以維持一定的速度,若能了解水體阻力的物理現象,減小其對身體的影響,有助於游泳速度的提昇。

磨擦阻力:近物體表面流體薄層所產生的剪應力所致。


磨擦阻力    磨擦阻力係數   ρ液體密度   ν物體速度  A物體表面積

  若液體密度、物體速度及表面積不變,阻力之大小取決於磨擦阻力係數,物體表面愈光滑則阻力系數愈小,因此太空船、飛機、汽車、輪船、炮彈,滑雪衣都採用光滑的表面,目的是減小阻力以加快速度。在游泳上,刮掉體毛、穿光滑的泳衣、在密度比水小的空氣中移臂(蝶、仰、蛙、自空中移臂、高腰式蛙泳),有助於減少水的阻力,提高游泳的速度。

  磨擦阻力系數與流體的層流區、轉移區或擾流區有關,流場的亂度愈大阻力愈小,一般移動的物體後面易產生擾流,因此跟在移動物體後面向前游進,較為省力。


一、常見自行車團體賽,同一隊的四輛單車尾隨而行,而且時常換領隊,原因是帶頭的單車面對的是未受擾動的層流,阻力大,尾隨在後面的單車,因為前面的空氣已受帶頭單車的擾動,阻力較小,騎起來較省力。

二、高速公路上常可見兩輛貨櫃車尾隨而行,因為是前面的車輛已擾動了空氣,跟隨的車輛受的風阻較小,前進時較省燃料,車開久了,貨櫃車司機們都知道,台北到高雄若跟車跟的好,一趟可省幾千元的燃料費。

三、高空跳水,池水都持續擾動著,原因在減小入水面積時所產生的阻力,以防止運動傷害。

四、中長矩離賽跑,如果選手實力相差不多時,聰明的選手往往會跟在領先集團後面,由別的選手帶頭去擾亂風阻,自己在後面跟著跑較省力,以保持體力,最後的階段才衝刺奪冠。

五、在泳池裡游泳,若想省體力,游的久遠,可以跟在別人後面,前面的人踢水,已把的水體變成擾流區,您跟著游自然省體力,游的久。

資料來源 http://www3u.homeip.net/swim/dynamics/ms-drag1.php