巴黎奥运会 | 潘展乐“在难游的池子里打破世界纪录”!泳池深度与速度关系几何?
当地时间7月31日巴黎奥运会男子100米自由泳决赛中国选手潘展乐以46秒40的成绩打破世界纪录夺得金牌目前,该项目的世界纪录和奥运会纪录保持者都是潘展乐潘展乐赛后在采访时感言,“终于把他们都拿下了!在这么难游的池子里打破世界纪录!”本次比赛的游泳池的水深仅为2.2米远低于国际赛事规定的3米标准深度这对运动员来说有多难?
“松弛”的泳池深度
在本次“松弛感”十足的巴黎奥运会上,拉德芳斯体育馆作为游泳比赛的场地,其泳池的深度问题引起了众多讨论。这个深度为2.15米的泳池,不仅低于国际泳联推荐的3米标准,也比2021年东京奥运会的泳池浅了0.8米,这可能对运动员的表现造成显著影响。
▲拉德芳斯体育馆(图源:新华社)
这座体育馆实际上是在“竞速92”橄榄球队主场的橄榄球场内临时搭建的。该场地除了是橄榄球队的比赛地,还经常举办音乐会等活动。由于新建的奥林匹克水上运动中心只能容纳6000名观众,不足以满足奥运会游泳比赛的观众容量需求,因此该中心仅用于跳水比赛。拉德芳斯体育馆在短短36天内完成了泳池的建设,成为了一个能够容纳1.5万名观众的游泳比赛场地。
尽管场地宽敞,但泳池的深度却引发了热议。
泳池深度确有影响
科学研究表明,泳池的深度增加可以提高运动员的速度,而较浅的泳池可能会因为水波在底部反射产生湍流,影响运动员在后半程的表现。
巴黎的临时泳池深度为2.15米,虽然这一深度符合规定,但从理论上讲,可能会增加比赛中的波动,对运动员的表现造成影响。这可以从男子100米蛙泳决赛的分段成绩中看出来。蛙泳是四种泳姿中游进起伏最大的,产生的浪也是最大的。此次男子100米蛙泳决赛,亚当·皮蒂的第一个50米游出了27.08秒,与其巅峰期的东京奥运会时同分段的26.73秒相差不大;而转身之后的第二个50米分段,他的成绩只有31.97秒,比东京的同分段慢了1.33秒。在顶尖选手中,这是失常的。
即便是此次夺冠的马丁嫩吉,相比于东京时获得铜牌的成绩,第二分段也慢了0.73秒。受浪打击最大的莫过于覃海洋,他的前50米用了27.03秒,全场第一,也跟他最近两年其他比赛中展现出的能力相符,而后50米居然只游了32.47秒。
然而,泳池深度过大也可能对运动员产生心理上的负面影响。理想的泳池深度应该适中,使运动员能够看到底部,从而更好地掌握自己的进度和速度。因此,3米深的泳池被认为是达到最佳游泳速度的理想深度。
泳池影响运动员表现
泳池的深浅并不影响浮力,水的浮力主要取决于物体排开的水的体积和液体的密度,而不是水的深度。浮力的大小可以通过物理学原理来解释,根据阿基米德原理,浮力等于物体排开液体的重量。也就是说,浮力的大小与水的深度无关。
尽管浮力与水的深度无关,但游泳池设计深水区有其特定的原因。深水区的存在主要是为了减少游泳时产生的阻力。泳池深度能够显著影响水面的波动情况。较深的泳池在受到相同扰动时,其水面波动相对较小,这有助于运动员保持稳定的技术表现。
值得注意的是,水面波动并不直接增加游泳的阻力,而是可能干扰运动员的技术动作,尤其是在自由泳和仰泳中,减少身体的上下起伏是提高效率的关键。例如,在自由泳中,运动员通常采用侧头换气的方式,如果水面波动过大,可能会干扰他们的呼吸节奏。这一点在潘展乐的采访言论中得到了体现,他多次提到了"吃浪"的问题。
除了泳池的深度,还有其他元素对泳池水面的波动有显著影响。泳道线不仅为游泳者提供了导向,还具有减少波浪的作用。早期的泳道线仅由一根简单的绳索构成,而现代高级比赛中使用的泳道线则配备了复杂的浮体设计。这些精心设计的浮体能够像防波堤一样,迅速吸收波浪能量,降低波涛对相邻泳道的干扰,并帮助泳池水面迅速恢复平静,从而减少运动员在转身时遭遇自己制造的波浪。
泳池边缘的溢流槽也是一个关键的设计元素,它决定了泳池边缘波浪的大小。现代泳池普遍采用底部出水、顶部排水的系统,水从泳池底部的出水口流出,通过覆盖在泳池边缘的下水板下的溢流槽回流至循环系统,经过过滤后再回到泳池。在比赛期间,如果溢流槽设计不当,波浪可能无法迅速消散,甚至可能在池壁上反弹,导致边道波浪过大。这对于运动员的比赛成绩来说,会有一定影响。
但无论场地有何种因素影响,对于所有参赛者而言,同一个泳池的比赛条件是平等的。
泳姿技术中的力学原理
对于日常锻炼来说,我们该如何游泳才能娱乐的同时兼顾科学呢?
我们在游泳过程中,大多数力气都花在与阻力作斗争上。在空气或水等流体中,物体运动时受到的阻力F可以通过下列公式描述:
其中,ρ为流体的密度;S为物体在垂直于运动方向的投影面积(空气中是迎风面积,水中是阻水面积);v是运动的速度;C是阻力系数,和物体的整体形状与表面性质有关。
水的密度远远大于空气的密度,有着接近800倍的差距。所以,相同速度下,在水中运动要比在陆地上运动费力许多。游泳的最高速度,也远比短跑、自行车等陆地运动低。
我们在学游泳时,教练会告诉我们要打平身子,这样才游得快。这也反映在上面这个阻力公式中。身子越是呈水平姿态,和前进方向形成的投影面积就越小。这意味着公式中的S越小,那么水对我们前进产生的阻力也就更小。所以,对于不同的泳姿来说,调整姿态以尽可能地缩小身体在前进方向上的投影面积,都是提升速度的重要诀窍。
▲躺平才能阻力小(图源:上海交通大学力学博士,危安然)
例如,在蛙泳中,向前收腿时,大腿不要收得太多,且让小腿藏在大腿后面,这样可以有效减少身体前进时受到的向后阻力。
反过来,当向后蹬腿时,如果将脚外翻,和水形成较好的角度,就能增大对水的投影面积,从而产生更大的阻力。这个阻力的方向是向前的,所以能起到更好的推进效果。
即使物体的阻水面积都相同,形状上的差异也会造成阻力上的巨大差别。反映在上面的阻力公式中,就是阻力系数C的不同。各种形状中,流线型物体的阻力系数最小。比如,金枪鱼、海豚、鲨鱼等水里的“高速列车”,都拥有流线型的优美身躯。
▲不同形状的阻力系数,其中流线型最小(图源:x-engineer.org)
所以,在游泳时要保持身体的平直和一定的紧张度,让自己尽可能接近一个流线型。比如,爬泳(自由泳)在打腿的时候需要伸直脚面。如果勾着脚,则会破坏身体的流线型,在身后产生大面积的漩涡,从而增大阻力。因此就有了自由泳费腿的说法。
从阻力公式力我们还可以看出,阻力和速度的平方成正比。
也就是说,速度变为2倍,阻力是变为4倍;速度变为4倍,则阻力变为16倍!
这说明在水中的动作不是越快越有效。一些向前的动作,比如蛙泳的向前伸臂和收腿,则不能操之过急,否则将带来阻力的大幅上升,自身体力也会迅速下降。游泳也是“心急吃不了热豆腐”哦~
资料来源:国家体育总局、央视新闻、中国体育科学学会、“上海科技馆”公众号等
综编:段大卫