冒充專家:也談水立方,Speedo LZR Racer,奧運破記錄

金筆 (2008-08-14 22:57:52) 評論 (2)

看大家的帖子都在說本屆奧運遊泳賽破了很多世界記錄,有的說是因為 Speedo 的新式泳衣,也有的說是 (或不是) 水立方泳池的水深增加一米,其實這些都跟 "流體動力學" 有關。金筆在大學裏粗略接觸過,現在也來賣弄一下。各位如果要砸,砸輕點啊。

言歸正題。

當物體在水 (或氣體) 中移動時,或者反過來,水 (或血液或氣體) 在管壁內運動時,都會遇到阻力。阻力是因為流體分子之間的摩擦以及流體分子與管壁 (或流體分子與物體) 的表麵之間的摩擦。摩擦力越大,阻力也就越大,運動速度也就越慢。

當年國內有個著名的學部委員,(恕我忘了他的名字,望知道的同學提醒我),他早年在美國留學時研究的就是 "流體動力學",他的貢獻是發現流體運動的兩種形式,即 "片層流 (Laminar Flow)" 和 "漩渦流 (Turbulent Flow)" (見下圖)。根據他的理論,流體在 "片層流" 時阻力較小,而在"漩渦流" 中運動時,遇到的阻力較大。


下圖:片層流圖
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下圖:漩渦流圖
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通俗的說 "片層流",假如您有滿滿一罐彈子,如果將它們從上往下倒的話,最先出來的一定是罐子中間部分的彈子,因為它們受到的阻力最小。同理,在泳池最邊上的兩條水道裏遊泳 (即第一和第八道),遇到的阻力最大。這是為什麽好的遊泳運動員在進入決賽前,總想遊出一個好成績,占一條好的水道 (決賽時水道的序列是將成績最差的選手排在最邊上),在決賽時遊出好成績。當然除了最邊上兩條水道,其他水道的差別就很小了。

那麽水立方水深增加一米,對遊泳成績有沒有影響呢?您自己判斷吧。

再說 "漩渦流" 吧,還記得 "河中石獸" 這個故事嗎?故事說:

滄州南,一寺臨河幹,山門圮於河,二石獸並沉焉。閱十餘歲,僧募金重
修,求二石獸於水中,竟不可得。以為順流下矣,棹數小舟,曳鐵鈀,尋十餘裏,
無跡。...

一老河兵聞之,又笑曰:"凡河中失石,當求之於上遊。蓋石性堅重,沙性
鬆浮,水不能衝石,其反激之力,必於石下迎水處齧沙為坎穴,漸激漸深,至石
之半,石必倒擲坎穴中。如是再齧,石又再轉,再轉不已,遂反溯逆流而上矣。"

這個故事大致是說,落入河中的兩個石獸,數年後應該是在河的上遊還是下遊打撈呢?

按照 "漩渦流" 原理,水流遇到石獸產生渦流,渦流時力的方向是不規則的 (見上圖),也可以衝刷石獸上遊的河床 (如果您曾站在海灘感受海浪的衝刷,就會理解這個),最後將石獸向上遊推動。

因為 "漩渦流" 時,水的摩擦力增加,阻力也增加。所以,如果減少遊泳運動員身邊的渦流,就能減少阻力,結果是遊泳速度加快。Speedo LZR Racer 泳衣的原理之一是減少渦流產生,它的作用在幾個月前美國為北京奧運作的運動員選拔賽上就已經顯示了。穿上它的運動員,幾破世界記錄,早已經見諸報端了。

那麽這次北京奧運,遊泳運動員為什麽多破世界記錄呢?

老金我想主要是因為北京奧運舉辦得好,人民友善,運動員情緒高昂,吃得好睡得好,再配上立方水深,泳裝的輔佐,所以破了很多記錄 (自己曾目擊有些記錄甚至提高了好幾秒)。

再祝北京奧運成功!