在我们靠自己的力量从这里到那里的所有可能方式中，游泳显然是效率最低的。诚然，我们可以相对悠闲地漂浮、踩水或躺下在水中玩耍，但我们需要大量的有效能量才能在水中行走，即使是非常缓慢的。事实上，世界冠军可以以每小时 5 英里的速度游泳，但只要有正确的动机，海豚可以达到每小时 25 英里的速度。

造成这种情况的主要原因是水的密度大约是空气的 1,000 倍。与跑步、骑自行车或其他常见的人类运动形式不同，这些运动将肌肉的大部分能量转化为向前运动，我们使用近 90% 的能量来克服游泳时液体的阻力。

当然，水的密度也给了我们一些昂首挺胸的机会，这意味着我们可以以深或浅的方式漂浮在水面上，但这取决于我们身体与脂肪的比例和肺活量的大小。水的密度还使我们能够在水中保持水平的身体姿势，让我们至少可以像光滑的赛艇或鱼雷一样游泳，而不是像高耸的雕像或笨拙的驳船。

是什么决定了我们的游泳方式？

简而言之，游泳是牛顿第三运动定律的另一种表现形式：当我们的手、手臂和腿推动水时，水会以同等大小的反作用力同时将我们向前推。

但问题远不止于此，许多科学家强调：我们人类在水中游泳，F-15 在天空中飞翔，摩托艇在水中破浪都是一样的道理，但水介质对我们游泳的影响真的太大了。

流体动力学告诉我们，游泳取决于两个基本因素：我们施加的推进力和我们遇到的阻力或障碍力。无论我们多么努力保持身体流畅，阻力都很难克服。也就是说，全力游泳并不能使您成为一名出色的游泳运动员，但了解一点物理学迟早会派上用场。

在奥运会上最好的游泳运动员游出的四个竞技泳姿中，最快、最有效的是自由泳，它只用 9% 的能量来推动身体向前（就平均速度和效率而言，其次是蝶泳、仰泳和蛙泳），但对于我们大多数人来说，克服水阻力几乎需要我们 98% 的能量。

阻力是游泳效率出奇地低下的主要原因，因为我们在水中移动时的身体形状会产生形状阻力，这大大降低了我们前进的动力。当我们向前移动时，水会在我们的头前产生压力，同时，在我们身后会产生湍流区。这种压力不平衡会产生一种力，使水从高压区流向低压区，并试图将我们向后推。形状阻力随速度的平方指数增加，具体取决于运动物体前部横截面积的大小。

这就是为什么船体做得又长又窄，而不是粗而短的原因。这就解释了为什么世界上许多最快的游泳运动员看起来更像职业篮球运动员而不是举重运动员。

美国游泳运动员马特·比昂迪和俄罗斯游泳运动员亚历山大·波波夫就是完美的例子，他们在奥运会 100 米自由泳项目中取得了很高的成就，他们的苗条身高分别为 6 英尺 7 英寸和 6 英尺 6 英寸。为了尽量减少形状的阻力，竞技游泳者更注重在水中压迫躯干和抬高臀部，以弥补上半身浮力不足的不足，让他们可以水平游泳，而不是双腿从水面上掉下来，以减少迎面或前端部分的阻力。

许多优秀的自由泳和仰泳运动员也掌握了将身体左右转动的技术，每次划水时将肩膀抬出水面以形成更窄的轮廓，并尽可能向前伸展以增加长度，使他们的身体尽可能纤细，更有效地滑行（如果你划两艘形状相似但长度不同的爱斯基摩独木舟， 您可能会注意到，较长的独木舟每次划水都会滑得更远，尽管它的排水量很大，排水量很大）。

此外，将身体从一侧转动到另一侧会产生一个扭转力，从而在游泳方向上增加旋转矢量，这有助于推动游泳者向前移动，就像拧入木头的螺丝一样，并允许他们使用臀部和躯干的肌肉群，就像使用手臂和腿一样。

竞技游泳运动员在水中移动时也会尽量减少物体的“粘性”，比如宽松的泳衣或过长的体毛会使表面粗糙并增加摩擦阻力，因此许多游泳运动员穿着紧身、尺寸相称的泳衣，并经常在比赛前剃掉体毛。

掀起波澜就是产生最有害的阻力形式——波阻力。与将我们拉回的形状阻力不同，波浪阻力在我们面前排斥我们，从而形成一个高压区。当我们游泳时，在水中嬉戏或做任何类型的动作都会产生波浪。

我们在池中前进得越快，我们头前产生的波浪就越大，它会形成一堵水墙来限制我们的前进，波浪阻力与大多数其他形式的流体阻力不同，它们增加的是速度的平方，它是由速度的立方指数增加的， 这样当你在水中将速度加倍时，波浪阻力的减速力就会加倍。

加利福尼亚州奥克斯纳 Riverine Island 水上俱乐部的专业工程师和游泳教练 Ted Isabel 说，许多顶级游泳者发现，他们可以通过在水下转身后立即撞击双腿来更快地游相当长的距离（而不是快速上升到水面），因为在水下可以去除大部分波浪阻力。

伊莎贝尔认为，在水下双腿并拢进行海豚式踢腿和波浪的矮个子参赛者可能比在水面上具有明显优势的高瘦竞争对手更有优势。他说：因为在水下运动的物体主要受摩擦阻力的影响，减少物体的表面积可以减少遇到的阻力，因为短而粗的物体的表面积比高而细的物体的表面积小，所以船舶设计师将潜艇设计成短而粗的形状， 水面船是一个高大细长的形状。

影响波浪阻力的另一个因素是物体在水面上移动的流动性，因为波浪也可以携带能量，因此水中任何不稳定或多余的运动都是能量损失的标志。这就是为什么一个肌肉发达的小伙子在相邻的泳道上游泳，双臂像风车一样圆润，试图加快速度，但似乎没有游得那么快。

在 1996 年奥运会上，当科学家研究运动员的比赛时，他们发现每次完成比赛的泳姿较少的游泳运动员实际上更有可能赢得比赛。Freestyler Popov 非常专注于保持完美的体型，在训练期间似乎从不游得很快，并尽量减少每个泳池长度的划水次数。

因此，他将形状阻力和波浪阻力都降低到最低限度，这对于提高比赛速度将变得越来越重要。他的教练吉纳迪·图莱斯基 （Ginady Tuleski） 基于流体力学的基础知识和对鱼游泳的观察作为他的非常规训练方式，他说，鱼和其他动物在更远的距离上每次运动都会提高速度，而不是增加它们的运动速度。在 1992 年奥运会上，当波波夫在 50 米自由泳比赛中击败比昂迪赢得他的第一枚奥运金牌时，他游了 33 杆，而比昂迪游过了 36 杆。

Tyley Lovelin 说，计算笔画最终会教会他们消除不必要的动作并优化效率。

“计算划水次数很重要，因为它是你如何使用能量的最清晰指标。”他说。“在游泳中，只有大约 2% 的人本能地用长划抚摸他们的手臂，而对于我们其他人来说，有影响的本能告诉我们，如果我们划得快，就要游得快。波波夫和其他顶级游泳运动员可以毫不费力地用 7 到 8 次划水游 25 码，“洛夫林说。“当我在当地的基督教青年会游泳时，无论我在任何给定时间划水多少次，平均划水率都是 25 次或更多次。”

推水时什么时候施加力？如果我加快划水速度，我会游得更快吗？增加中风强度呢？或者像划船者用大桨划船一样将更多的水推到你身后？

早在 60 年代，当我开始和其他人一起游泳时，教练将游泳者视为向后推的明轮船，他们告诉我们，向前游泳最有效的方法是将水握在手中，将水直接从头部推到臀部。

然而，当时最有竞争力的游泳运动员通过高速水下摄影展示了他们的手沿着 S 形路线划桨。然后在七十年代，因担任 Mark Spitz 教练而出名的印第安纳州立大学游泳队主教练 James Consierman 博士在一个黑暗的游泳池里，拍摄手上闪着闪光灯的竞技游泳运动员，发现大多数运动员的手脚都在上下或左右移动， 而不是来回。

这让科学家们认为游泳者主要通过升力推动自己，这与飞机在空中飞行的原理相同。由于飞机机翼的上表面是弯曲的，因此空气穿过上表面流向机翼后部时，比空气直接在机翼下方流动时移动的时间要长一些。

在

18 世纪，瑞士科学家丹尼尔·伯努利 （Daniel Bernoulli） 发现了流体速度越快，压力越低的原理。在飞机中，机翼上方的快速流动气流使机翼上方的压力较低，而机翼下方的压力较高。产生的力会导致飞机起飞或上升。

伯努利原理也适用于液体，但对于游泳者来说，上升是水平的而不是垂直的，因为升力是由垂直于高压差和低压差产生的阻力方向的身体推动的。而这个阻力还包括游泳者的推进力，根据一些运动科学家的说法，这主要是由手和脚的上下运动产生的。

但也有运动科学家强调：当游泳者在 S 形路线上划桨时，他们的手和脚像螺旋桨一样不断改变倾斜度，以推动自己向前。他们确定大约 80% 的自由泳推进来自手臂划水，20% 来自腿部划水。就像海豚的尾巴向下撞击水面一样，向下的腿部动作会在脚的顶部和底部之间产生压力差，当脚更多地接触水面时，推进力会增加，但这是在膝盖屈曲和增加脚踝灵活性的帮助下完成的。

科学家、亚利桑那州立大学游泳教练欧内斯特·马格利索 （Ernest Margliso） 表示，当手以一定角度倾斜到水中时，水流过手指的速度比手掌快，因此手的向下划动会在手背上方形成一个低压区域，在手掌下方形成一个高压区域。 当游泳者的手和脚改变划水的方向和倾斜度时，周围的水也会改变方向，因此它们的作用就像螺旋桨的叶片一样。

也许许多其他科学家不同意这种解释。他们说，手和脚的表面积或曲线形状还不足以产生足够的升力，让游泳者以他们游泳的速度向前移动。而且，由于游泳者根本无法在肩轴上旋转手臂，并且一次只能完成一半的划水周期，因此划水到螺旋桨的比喻是没有根据的。

虽然一些科学家已经恢复了推进只是手臂向后运动的观点，但大多数其他科学家承认他们对此无能为力。“坦率地说，我认为没有人想通了，”伊莎贝尔承认。然而，无论游泳运动员以哪种方式推动自己，她强调，在自由泳和仰泳中，身体都是由“核心推进”推动的，这是通过臀部和肩膀的旋转来实现的。

“游泳者是动态的，”洛夫林说，“而不是静态的，”而且“游泳中的身体旋转会产生动力，就像打棒球、高尔夫或网球（或投掷标枪、拳击）一样，并且会发生生物力学连锁反应。腿驱动臀部，臀部驱动躯干，躯干驱动动力链的最后一个环节——肩膀和手臂。”

“最有效的运动不会在任何一个连接点开始和结束。当我们使用精确的人体力学时，力量会波及全身，像鞭子一样折断，最后到达力量释放的点。但是，与陆上运动员相比，游泳者使用动力链的方式存在关键差异。

在陆地上，连锁反应是腿部在地面上的支撑，从身体向相反方向摆动开始，这个动作称为弹性载荷，就像拉伸的橡皮筋一样。臀部的摆动运动就像鞭子的手柄，通过躯干向上传递能量，增加肩膀和手臂的速度和力量。

“因为游泳者不能把脚放在地上，他们的臀部不能起鞭子的作用，他们没有集中力量推动整个身体的真正目的。”当我们以最大效率游泳时，躯干的轴向旋转会推动手臂移入水中，同时也会驱动另一只手臂将水推回。“与其举重来增加手臂划水的力量，不如把负的身体旋转变成强壮的身体旋转，这样我们就可以增加力量，暂时征用强壮的躯干肌肉，将力量传递给手臂。”

然而，对于我们大多数人来说，我们不可能像我们想象的那样完美地游泳，完美地完成每一个动作，但有必要通过不断的练习来训练我们的神经肌肉系统，最重要的是找到一个好的教练来帮助我们。

“最好的游泳与其说是一门科学，不如说是一门艺术，世界上最好的游泳运动员就是一个例子，他们以令人难以置信的优雅、效率和流畅向我们大多数普通人展示。”

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