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一指之差——游泳手型探秘
发布时间:2024-12-10
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由于游泳运动中划水动作是产生推进力的最大因素,几十年来,游泳研究者试图通过各种方法来分析和研究划水动作。然而,传统的实验方法具有一定的局限性,比如成本高、实验难以重复等。随着计算机技术的发展,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)作为一种高效的对流体力学进行研究的方法,逐渐被应用于游泳的研究中。

如果你学过游泳,还记得游泳时是五指并拢,还是四指并拢、大拇指分开,又或者是五指都分开呢?也许你会觉得这个问题问得有点莫名其妙,一根指头这么小的差别,能对游泳中的推进力产生多大影响呢?可正是这指头间的微小差异,带来了划水效率的巨大差别。是不是特别想知道哪种手型能游得更快呢?

CFD模拟计算显示,游泳时五指张开越大,阻力和阻力系数反而越小,这不利于产生推进力。相反,如果五指并拢,则具有较高的推进效率。那么,是不是五指并拢就是最佳的划水方式呢?答案是否定的。意大利米兰大学的阿尔贝托·米尼缇等人通过在建模时调整模型的指间距观察到,在相同的划水速度下,指间夹角为12°、指缝距离约8毫米时,推进效率最高。通过观察CFD模拟计算的流场视图可以探究其中的原因。当手指完全闭合或完全打开时,手掌背面的尾流区都比指间夹角为12°时小,而大的尾流区则意味着更大的推进力。

为什么流线型是前圆后尖?

当流体绕过物体前端时,一开始流道是变窄的,在这一区域并不容易产生边界层剥离,因此,头部的形状稍微有些变化对流动影响并不大。但当流体绕过物体后端时,流道迅速扩大,容易产生边界层剥离,所以尾部尖非常重要。那为什么流线型不是前尖后尖呢?主要是考虑到来流方向不是沿物体前进方向的情况。当流体流动方向与物体前进方向呈一定角度,在一开始绕过物体时就会有一面的流道发生扩展,如果头部太尖,同样容易在这个区域产生漩涡。因此,为了适应各个方向的流动,流线型是一种前圆后尖的形状。