【文化】游泳的科学原理

汇泉湾泳客

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游泳的科学原理

作为人类，我们永远不能象海洋动物那样在水里自由漂浮、移动和呼吸，但作为人类，我们有个巨大的优势是：懂科学！

我们能挖掘出游泳的科学原理，如果你是个游泳者，这些原理可以帮你更好地提高游泳效率，如果你还是个旱鸭子，这些科学则可以给你足够学游泳的信心！

什么是游泳？

这好像是个太简单的问题，不过我们还是来明确下：

游泳，是在水里移动你的身体，这个水是适度粘性的流体，是静止的（如游泳池里）或者流动的（如海洋里），或者介于两者之间。

如果你完全在水面下游泳，例如潜水，你通过的是相对静止的水。其它时候，你将要沿着水和空气之间更汹涌的交界处来移动身体，这就是通常意义上的游泳。

即使是最好的游泳运动员，也必须沿着水和空气之间更汹涌的交界处来移动，这个地点是游泳最没有效率的地方，但也是唯一的地方，因为人类需要空气。

汇泉湾泳客

水和空气

在理解游泳的科学之前，我们要了解，水和空气的最大不同，在于水密度更大，也就是更稠密（相同体积下的重量更大）更粘性。

水和空气之间的差异，使得我们在水中和空气中移动产生了巨大差异。

当你在陆地上行走，身体主要工作是对抗重力：抬腿、摆手臂，调整和保持平衡，然后鞋子和地面之间有点摩擦力即可。如果你移动很快（例如骑自行车），空气阻力的力量变得比重力更重要。

当你在水中，重力则变得不那么重要了，因为水的浮力会大大抵消它。游泳者主要考虑的问题是—水阻力（water resistance）。

如果你在室外游泳，尤其是在冬季里，水和空气的差别则更重要：

因为水比空气稠密的原因，同一温度下，水从你身体带走热量的速度比在空气中快24-40倍。这就是为什么冲浪和户外游泳者，往往穿着潜水服以避免低体温，要知道身体核心器官的低温是致命的。

正因为水太稠密，所以需要更长的时间来改变温度。这就是为什么海洋温度通常比陆地温度要落后2-3个月的原因（海洋温度通常在9月份最温暖）。

汇泉湾泳客

游泳的牛顿定律

如果你爱科学但害怕游泳，那么像我学游泳一样，想着牛顿三大运动定律，会非常有帮助。

在物理学最基本的规则中，这三个定律完全可以解释每一个你遇到的运动。

第一定律讲惯性：除非有外力作用，否则事物将静止或者保持匀速运动。

第二定律解释力和加速之间的联系：如果你推或拉事物，它开始移动（如果开始状态是静止）或者加速移动（如果已经是运动着的），你施加的力越大，时间越长，动量的变化越大。

而对游泳而言，第三定律也许是最重要的：当你对一个物体施加力的作用，这个物体会以相反的方向，返还一个相同的力给你。这就是作用力和反作用力。

对游泳者来说，这是最简单感知水的方法。你想向前游，你得把水往后拨；如果你想浮起来，你得把水往下踢；如果你正游着想要停下来并直立，你可以放下手，你的腿在后面向下摆动，这样你可以直立在水中。

掌握了这些应用了牛顿第三定律的基本动作，你会发现游泳容易多了，信心也十足了。

汇泉湾泳客

最大限度地减少阻力

有很多其它科学因素会造成你游泳速度的差异。一旦你掌握了游泳的基本科学原理，下一步就是减少你在水中的阻力，这样做会让你游得更快游得更久。

很多游泳初学者不明白这点，实际上这和自行车运动是一样的：自行车运动员会尽量减少他们和风接触的面积（蜷缩、收起胳膊、简化装备等）。

在游泳时也一样，要尽可能创造最小的水阻力。

这意味着例如在自由泳的情况下，你的身体要完全水平，所以你的脑袋完全在水里，要比把脑袋戳出水面，身体向下倾斜的姿势要好得多（这就是为什么你必须学会如何水侧吸气，水下呼气，也就是换气）。

值得注意的是，在海水中游泳，比在淡水中更难：

首先，海水几乎总是更动荡，使得你的身体不能总是水平象切片一样。

其次，海水因为含盐，所以密度更大，而且冷水（海洋中）比温水（恒温泳池）更稠密。

这些因素都会让你在寒冷的海洋比恒温泳池中游泳更艰难，不过，结果是，你的身体会运动更努力从而得到更多的锻炼。

汇泉湾泳客

高效游泳

游泳是极好的有氧运动，也是非常累人的，但你可以通过更高效地游泳，来用最少的能量获得尽可能多的推进，以达到游得更远更长的目的。

例如在自由泳中，要尽可能扩展你的手臂，然后把它用能拖走尽可能多水的方式划向身后。

我们学过的动量守恒定律告诉我们，你给身体向前游动的动量，和你拉水给水的动量是一样的。

通俗形容的话，你可以把前臂当成一种浆，使用各种方法（例如加强力量，窝手以协助），让你拉回来的水，是整个手臂拉水的效果。

乖妈插话：人类在游泳姿势的研究上就是利用了这个原理，不断改进以达到最高效的泳姿。用我们的通俗话讲就是“标准泳姿”。乖妈建议不管是孩子还是大人初学游泳，请务必找有专业资格的教练，省时省力。

汇泉湾泳客

有趣的能源题

让你身体在水中运动所用到的能源，和你身体失去的能源是等量的。

根据物理学家Rhett Allain发表的一篇有趣博客表明，游泳冠军可以实现1200瓦的功率！

这不奇怪，游泳运动员比自行车运动员消耗更多的能量，因为他们的四肢在所有时间内都在一个密度更大的流体内运动。

科学真有趣！

妫川人

汇泉湾泳客

妫川人 发表于 2019-8-30 04:33

谢谢老朋友妫川人第一时间关注，点评

山苗

学习了！

威海杆哥

汇泉湾泳客 发表于 2019-8-30 04:25
有趣的能源题让你身体在水中运动所用到的能源，和你身体失去的能源是等量的。根据物理学家Rhett Allain发表 ...

讲解的太好了，学习并点赞。

今来

汇泉湾泳客 发表于 2019-8-30 04:25
有趣的能源题让你身体在水中运动所用到的能源，和你身体失去的能源是等量的。根据物理学家Rhett Allain发表 ...

理论指导

小鱼儿外婆

欣赏学习！

汇泉湾泳客

小鱼儿外婆 发表于 2019-8-30 11:05
欣赏学习！

谢谢老朋友小鱼儿外婆关注，点评

汇泉湾泳客

山苗 发表于 2019-8-30 08:04
学习了！

谢谢老朋友山苗长老关注，点评

汇泉湾泳客

威海杆哥 发表于 2019-8-30 08:15
讲解的太好了，学习并点赞。

谢谢老朋友杆哥关注，点评

汇泉湾泳客

今来 发表于 2019-8-30 10:18
理论指导

谢谢老朋友今来兄关注，点评

威海杆哥

汇泉湾泳客 发表于 2019-8-30 14:54
谢谢老朋友杆哥关注，点评

不客气

牛弟的阿哥

游泳运动很适合中老年人，

岸上人

        学习了

汇泉湾泳客

威海杆哥 发表于 2019-8-30 15:51
不客气