看大家的帖子都在说本届奥运游泳赛破了很多世界记录,有的说是因为 Speedo 的新式泳衣,也有的说是 (或不是) 水立方泳池的水深增加一米,其实这些都跟 "流体动力学" 有关。金笔在大学里粗略接触过,现在也来卖弄一下。各位如果要砸,砸轻点啊。
言归正题。
当物体在水 (或气体) 中移动时,或者反过来,水 (或血液或气体) 在管壁内运动时,都会遇到阻力。阻力是因为流体分子之间的摩擦以及流体分子与管壁 (或流体分子与物体) 的表面之间的摩擦。摩擦力越大,阻力也就越大,运动速度也就越慢。
当年国内有个著名的学部委员,(恕我忘了他的名字,望知道的同学提醒我),他早年在美国留学时研究的就是 "流体动力学",他的贡献是发现流体运动的两种形式,即 "片层流 (Laminar Flow)" 和 "漩涡流 (Turbulent Flow)" (见下图)。根据他的理论,流体在 "片层流" 时阻力较小,而在"漩涡流" 中运动时,遇到的阻力较大。
下图:片层流图
下图:漩涡流图
通俗的说 "片层流",假如您有满满一罐弹子,如果将它们从上往下倒的话,最先出来的一定是罐子中间部分的弹子,因为它们受到的阻力最小。同理,在泳池最边上的两条水道里游泳 (即第一和第八道),遇到的阻力最大。这是为什么好的游泳运动员在进入决赛前,总想游出一个好成绩,占一条好的水道 (决赛时水道的序列是将成绩最差的选手排在最边上),在决赛时游出好成绩。当然除了最边上两条水道,其他水道的差别就很小了。
那么水立方水深增加一米,对游泳成绩有没有影响呢?您自己判断吧。
再说 "漩涡流" 吧,还记得 "河中石兽" 这个故事吗?故事说:
沧州南,一寺临河干,山门圮于河,二石兽并沉焉。阅十余岁,僧募金重
修,求二石兽于水中,竟不可得。以为顺流下矣,棹数小舟,曳铁钯,寻十余里,
无迹。...
一老河兵闻之,又笑曰:"凡河中失石,当求之于上游。盖石性坚重,沙性
松浮,水不能冲石,其反激之力,必于石下迎水处啮沙为坎穴,渐激渐深,至石
之半,石必倒掷坎穴中。如是再啮,石又再转,再转不已,遂反溯逆流而上矣。"
这个故事大致是说,落入河中的两个石兽,数年后应该是在河的上游还是下游打捞呢?
按照 "漩涡流" 原理,水流遇到石兽产生涡流,涡流时力的方向是不规则的 (见上图),也可以冲刷石兽上游的河床 (如果您曾站在海滩感受海浪的冲刷,就会理解这个),最后将石兽向上游推动。
因为 "漩涡流" 时,水的摩擦力增加,阻力也增加。所以,如果减少游泳运动员身边的涡流,就能减少阻力,结果是游泳速度加快。Speedo LZR Racer 泳衣的原理之一是减少涡流产生,它的作用在几个月前美国为北京奥运作的运动员选拔赛上就已经显示了。穿上它的运动员,几破世界记录,早已经见诸报端了。
那么这次北京奥运,游泳运动员为什么多破世界记录呢?
老金我想主要是因为北京奥运举办得好,人民友善,运动员情绪高昂,吃得好睡得好,再配上立方水深,泳装的辅佐,所以破了很多记录 (自己曾目击有些记录甚至提高了好几秒)。
再祝北京奥运成功!