巴黎奧運(yùn)會(huì) | 潘展樂(lè)“在難游的池子里打破世界紀(jì)錄”！泳池深度與速度關(guān)系幾何？
當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月31日巴黎奧運(yùn)會(huì)男子100米自由泳決賽中國(guó)選手潘展樂(lè)以46秒40的成績(jī)打破世界紀(jì)錄奪得金牌目前，該項(xiàng)目的世界紀(jì)錄和奧運(yùn)會(huì)紀(jì)錄保持者都是潘展樂(lè)潘展樂(lè)賽后在采訪時(shí)感言，“終于把他們都拿下了！在這么難游的池子里打破世界紀(jì)錄！”本次比賽的游泳池的水深僅為2.2米遠(yuǎn)低于國(guó)際賽事規(guī)定的3米標(biāo)準(zhǔn)深度這對(duì)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)有多難？
“松弛”的泳池深度
在本次“松弛感”十足的巴黎奧運(yùn)會(huì)上，拉德芳斯體育館作為游泳比賽的場(chǎng)地，其泳池的深度問(wèn)題引起了眾多討論。這個(gè)深度為2.15米的泳池，不僅低于國(guó)際泳聯(lián)推薦的3米標(biāo)準(zhǔn)，也比2021年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)的泳池淺了0.8米，這可能對(duì)運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)造成顯著影響。
▲拉德芳斯體育館（圖源：新華社）
這座體育館實(shí)際上是在“競(jìng)速92”橄欖球隊(duì)主場(chǎng)的橄欖球場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)搭建的。該場(chǎng)地除了是橄欖球隊(duì)的比賽地，還經(jīng)常舉辦音樂(lè)會(huì)等活動(dòng)。由于新建的奧林匹克水上運(yùn)動(dòng)中心只能容納6000名觀眾，不足以滿足奧運(yùn)會(huì)游泳比賽的觀眾容量需求，因此該中心僅用于跳水比賽。拉德芳斯體育館在短短36天內(nèi)完成了泳池的建設(shè)，成為了一個(gè)能夠容納1.5萬(wàn)名觀眾的游泳比賽場(chǎng)地。
盡管場(chǎng)地寬敞，但泳池的深度卻引發(fā)了熱議。
泳池深度確有影響
科學(xué)研究表明，泳池的深度增加可以提高運(yùn)動(dòng)員的速度，而較淺的泳池可能會(huì)因?yàn)樗ㄔ诘撞糠瓷洚a(chǎn)生湍流，影響運(yùn)動(dòng)員在后半程的表現(xiàn)。
巴黎的臨時(shí)泳池深度為2.15米，雖然這一深度符合規(guī)定，但從理論上講，可能會(huì)增加比賽中的波動(dòng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)造成影響。這可以從男子100米蛙泳決賽的分段成績(jī)中看出來(lái)。蛙泳是四種泳姿中游進(jìn)起伏最大的，產(chǎn)生的浪也是最大的。此次男子100米蛙泳決賽，亞當(dāng)·皮蒂的第一個(gè)50米游出了27.08秒，與其巔峰期的東京奧運(yùn)會(huì)時(shí)同分段的26.73秒相差不大；而轉(zhuǎn)身之后的第二個(gè)50米分段，他的成績(jī)只有31.97秒，比東京的同分段慢了1.33秒。在頂尖選手中，這是失常的。
即便是此次奪冠的馬丁嫩吉，相比于東京時(shí)獲得銅牌的成績(jī)，第二分段也慢了0.73秒。受浪打擊最大的莫過(guò)于覃海洋，他的前50米用了27.03秒，全場(chǎng)第一，也跟他最近兩年其他比賽中展現(xiàn)出的能力相符，而后50米居然只游了32.47秒。
然而，泳池深度過(guò)大也可能對(duì)運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生心理上的負(fù)面影響。理想的泳池深度應(yīng)該適中，使運(yùn)動(dòng)員能夠看到底部，從而更好地掌握自己的進(jìn)度和速度。因此，3米深的泳池被認(rèn)為是達(dá)到最佳游泳速度的理想深度。
泳池影響運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)
泳池的深淺并不影響浮力，水的浮力主要取決于物體排開的水的體積和液體的密度，而不是水的深度。浮力的大小可以通過(guò)物理學(xué)原理來(lái)解釋，根據(jù)阿基米德原理，浮力等于物體排開液體的重量。也就是說(shuō)，浮力的大小與水的深度無(wú)關(guān)。
盡管浮力與水的深度無(wú)關(guān)，但游泳池設(shè)計(jì)深水區(qū)有其特定的原因。深水區(qū)的存在主要是為了減少游泳時(shí)產(chǎn)生的阻力。泳池深度能夠顯著影響水面的波動(dòng)情況。較深的泳池在受到相同擾動(dòng)時(shí)，其水面波動(dòng)相對(duì)較小，這有助于運(yùn)動(dòng)員保持穩(wěn)定的技術(shù)表現(xiàn)。
值得注意的是，水面波動(dòng)并不直接增加游泳的阻力，而是可能干擾運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作，尤其是在自由泳和仰泳中，減少身體的上下起伏是提高效率的關(guān)鍵。例如，在自由泳中，運(yùn)動(dòng)員通常采用側(cè)頭換氣的方式，如果水面波動(dòng)過(guò)大，可能會(huì)干擾他們的呼吸節(jié)奏。這一點(diǎn)在潘展樂(lè)的采訪言論中得到了體現(xiàn)，他多次提到了"吃浪"的問(wèn)題。
除了泳池的深度，還有其他元素對(duì)泳池水面的波動(dòng)有顯著影響。泳道線不僅為游泳者提供了導(dǎo)向，還具有減少波浪的作用。早期的泳道線僅由一根簡(jiǎn)單的繩索構(gòu)成，而現(xiàn)代高級(jí)比賽中使用的泳道線則配備了復(fù)雜的浮體設(shè)計(jì)。這些精心設(shè)計(jì)的浮體能夠像防波堤一樣，迅速吸收波浪能量，降低波濤對(duì)相鄰泳道的干擾，并幫助泳池水面迅速恢復(fù)平靜，從而減少運(yùn)動(dòng)員在轉(zhuǎn)身時(shí)遭遇自己制造的波浪。
泳池邊緣的溢流槽也是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)元素，它決定了泳池邊緣波浪的大小?，F(xiàn)代泳池普遍采用底部出水、頂部排水的系統(tǒng)，水從泳池底部的出水口流出，通過(guò)覆蓋在泳池邊緣的下水板下的溢流槽回流至循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后再回到泳池。在比賽期間，如果溢流槽設(shè)計(jì)不當(dāng)，波浪可能無(wú)法迅速消散，甚至可能在池壁上反彈，導(dǎo)致邊道波浪過(guò)大。這對(duì)于運(yùn)動(dòng)員的比賽成績(jī)來(lái)說(shuō)，會(huì)有一定影響。
但無(wú)論場(chǎng)地有何種因素影響，對(duì)于所有參賽者而言，同一個(gè)泳池的比賽條件是平等的。
泳姿技術(shù)中的力學(xué)原理
對(duì)于日常鍛煉來(lái)說(shuō)，我們?cè)撊绾斡斡静拍軍蕵?lè)的同時(shí)兼顧科學(xué)呢？
我們?cè)谟斡具^(guò)程中，大多數(shù)力氣都花在與阻力作斗爭(zhēng)上。在空氣或水等流體中，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力F可以通過(guò)下列公式描述：
其中，ρ為流體的密度；S為物體在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的投影面積（空氣中是迎風(fēng)面積，水中是阻水面積）；v是運(yùn)動(dòng)的速度；C是阻力系數(shù)，和物體的整體形狀與表面性質(zhì)有關(guān)。
水的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的密度，有著接近800倍的差距。所以，相同速度下，在水中運(yùn)動(dòng)要比在陸地上運(yùn)動(dòng)費(fèi)力許多。游泳的最高速度，也遠(yuǎn)比短跑、自行車等陸地運(yùn)動(dòng)低。
我們?cè)趯W(xué)游泳時(shí)，教練會(huì)告訴我們要打平身子，這樣才游得快。這也反映在上面這個(gè)阻力公式中。身子越是呈水平姿態(tài)，和前進(jìn)方向形成的投影面積就越小。這意味著公式中的S越小，那么水對(duì)我們前進(jìn)產(chǎn)生的阻力也就更小。所以，對(duì)于不同的泳姿來(lái)說(shuō)，調(diào)整姿態(tài)以盡可能地縮小身體在前進(jìn)方向上的投影面積，都是提升速度的重要訣竅。
▲躺平才能阻力?。▓D源：上海交通大學(xué)力學(xué)博士，危安然）
例如，在蛙泳中，向前收腿時(shí)，大腿不要收得太多，且讓小腿藏在大腿后面，這樣可以有效減少身體前進(jìn)時(shí)受到的向后阻力。
反過(guò)來(lái)，當(dāng)向后蹬腿時(shí)，如果將腳外翻，和水形成較好的角度，就能增大對(duì)水的投影面積，從而產(chǎn)生更大的阻力。這個(gè)阻力的方向是向前的，所以能起到更好的推進(jìn)效果。
即使物體的阻水面積都相同，形狀上的差異也會(huì)造成阻力上的巨大差別。反映在上面的阻力公式中，就是阻力系數(shù)C的不同。各種形狀中，流線型物體的阻力系數(shù)最小。比如，金槍魚、海豚、鯊魚等水里的“高速列車”，都擁有流線型的優(yōu)美身軀。
▲不同形狀的阻力系數(shù)，其中流線型最小（圖源：x-engineer.org）
所以，在游泳時(shí)要保持身體的平直和一定的緊張度，讓自己盡可能接近一個(gè)流線型。比如，爬泳（自由泳）在打腿的時(shí)候需要伸直腳面。如果勾著腳，則會(huì)破壞身體的流線型，在身后產(chǎn)生大面積的漩渦，從而增大阻力。因此就有了自由泳費(fèi)腿的說(shuō)法。
從阻力公式力我們還可以看出，阻力和速度的平方成正比。
也就是說(shuō)，速度變?yōu)?倍，阻力是變?yōu)?倍；速度變?yōu)?倍，則阻力變?yōu)?6倍！
這說(shuō)明在水中的動(dòng)作不是越快越有效。一些向前的動(dòng)作，比如蛙泳的向前伸臂和收腿，則不能操之過(guò)急，否則將帶來(lái)阻力的大幅上升，自身體力也會(huì)迅速下降。游泳也是“心急吃不了熱豆腐”哦~
資料來(lái)源：國(guó)家體育總局、央視新聞、中國(guó)體育科學(xué)學(xué)會(huì)、“上?？萍拣^”公眾號(hào)等
綜編：段大衛(wèi)
北京科技報(bào)微信
北京科技報(bào)客戶端
