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跳水運動中是如何壓水花的?

2024-08-01科學

關於「水花消失術」,中國科學院物理研究所早在東京奧運會時就寫過一篇科普,另外中國科學院力學研究所陳光南研究員也做了一個科普報告,筆者在此總結一下。

成功壓水花的關鍵主要有三點:

1.垂直入水。跳水運動員在入水時讓身體與水面的接觸面積盡可能地小,把能量盡可能地帶入水下,在水下進行消耗。

入水姿勢(圖源參考文獻)

2.翻掌推水。入水的手型不是楔形(尖狀),而是手指相扣的佛手型,尖狀手型可以減少入水的阻力,但是並沒有壓水花的作用。人體入水時,被擠壓的水要往別處去,而水可以認為是不可壓縮的,水往阻力最小的方向跑就會形成第一波水花。而掌面入水時,水受擠壓向四周擴散,向上的水花就不明顯了。其實入水的手勢是經歷了一系列的發展最佳化的,曾經還用過類似如來神掌的手勢,不過難以在入水時保持姿勢的穩定。同時手掌的姿勢並不是不變的,會做一個稱之為「揉水」的動作,不同揉水動作使得不同人壓水花的效果不同。

揉水示意圖(圖源網絡)

3.拐彎揉水。揉水,就是在運動員入水後,會做一個把水推開的動作,這個動作是成功壓水花的關鍵。當人體跳入水中時,高速的運動會帶入一部份空氣,形成水泡,由於空氣密度比水低,任由其發展就會形成大的第二波水花。另外,人體高速下落帶動下墜的這部份水快速流動,根據白努利原理,速度快的地方壓強小,兩邊的水速度慢壓強大,就會使得兩邊的水向內擠向中間的水,而空氣的阻力小,因此再次向上形成水花,同時產生振動,發出水浪的聲音。透過拐彎揉水這個動作,降低人體向下的沖擊,減緩中間水的流速,同時手掌撥水的動作把帶入的大水泡切碎,也減少了兩側與中間水的壓差,讓能量重新分配,使得入水後只形成不高的水浪和大量的小氣泡而不形成大的單個水花。

參考文獻: