水下蝶泳腿技术动作论文

1水 下 蝶 泳 腿 技 术 动 作 分 析摘要: 水下蝶泳腿技术，即 Underwater Undulatory Swimming，简称UUS，是一套非常有效的游泳技术。接受水下蝶泳打腿技术训练的运动员要比那些没有采取此项技术的选手在出发和转身阶段所花费的时间更少。UUS 技术在水中表现为正向、反向、侧向的蝶泳打腿，同时也包括在泳姿转换时的运用。目前，美国在该项技术的研究和应用上处于领先地位，这是他们在游泳界的突出优势。中国在 UUS 技术的应用上还有待进一步学习和提高。本文从理论上介绍了鱼类摆尾技术的流体力学研究成果，并在实践中与运动员蝶泳腿技术分析相结合，指出水下蝶泳打腿技术的运动学、动力学特征以及在游泳出发、转身和划水过程中的应用。水下蝶泳腿技术是游泳项目中的一项重要技术，我们应该学习国外的理论成果，重视实践经验的积累，努力提高中国游泳队的技术水平。关键词:游泳技术,水下蝶泳打腿Abstract: Underwater Undulatory Swimming, referred to UUS, is a very effective swimming skills. Acceptance of the underwater butterfly kick technical training athletes than those who do not have to take the technology players in the starting stage and turned the time it takes even less. UUS technical performance in the water for the positive, reverse, lateral butterfly kick, but also included in the conversion of the use of strokes. At present, the United States in the technology research and application on a leading position in which they are prominent in the swimming community advantages. UUS Chinese in the application of technology to be further study and improve. In this paper, a theoretical introduction of fish before the end of technology, fluid mechanics research and in practice with the athletes butterfly leg of technical analysis, pointed out that the butterfly kick underwater technology, kinematics, dynamics features, as well as in swimming, the turning and the water in the process of application. Butterfly leg of underwater swimming technique is an important technology, we should study abroad, theoretical results, the accumulation of great importance to practical experience, and strive to improve the technological level of Chinese swimmers.Key words: swimming; underwater undulatory swimming; technique2引 言2008 年北京奥运会上，美国队在游泳比赛中取得了非常优异的成绩，尤其是菲尔普斯连得了八枚游泳金牌。赛后，记者问他是否有什么取胜的秘诀， 菲尔普斯笑着透露：“我的教练一再嘱咐我，一定要注意转身后的水下打腿技术，这招果然灵验！要知道，无论是自由泳、蝶泳还有混合泳，都有水下打腿的技术！”水下蝶泳打腿技术，即 Underwater Undulatory Swimming，简称:UUS，是一套非常有效的游泳技术。接受水下蝶泳打腿技术训练的运动员要比那些没有采取此项技术的选手在出发和转身阶段所花费的时间更少。UUS 技术在水中表现为正向、反向、侧向的蝶泳打腿，同时也包括在泳姿转换时的运用。 目前，美国在该项技术的研究和应用上处于领先地位，这是他们在游泳界的突出优势。中国在 UUS 技术的应用上还有待进一步学习和提高。1、水下蝶泳腿技术介绍(菲尔普斯水下打腿曲线力学的图)水下蝶泳打腿技术的动作要领是：游泳时，双腿自然并拢，脚跟稍微分开，呈内八字。当 两 腿 在 前 一 划 水 周 期 向 下 打 水 结 束 后 ， 两 脚 处 于 最 低 点 ， 膝 关节 伸 直 ， 臀 部 上 抬 至 水 面 ， 髋 关 节 屈 成 约 160 度 。 然 后 两 腿 伸 直 向 上 移 动 ，髋 关 节 逐 渐 展 开 ， 臀 部 下 沉 。 当 两 腿 继 续 向 上 时 ， 大 腿 开 始 下 压 ， 膝 关 节 随大 腿 下 压 ， 动 作 自 然 弯 曲 ， 大 腿 继 续 加 速 向 下 。 随 着 屈 膝 程 度 的 增 加 ， 脚抬 至 接 近 水 面 时 ， 臀 部 下 降 到 最 低 点 ， 膝 关 节 弯 曲 成 约 110-130 度 角 时 ，脚 向 上 抬 至 最 高 点 ， 并 准 确 向 下 后 方 打 水 。 当 脚 向 下 打 水 时 ， 踝 关 节 放 松 ，脚 面 绷 直 ， 然 后 和 小 腿 随 大 腿 加 速 向 后 下 方 推 水 。 双 脚 继 续 加 速 向 下 后 方 打水 ， 动 作 尚 未 结 束 时 ， 大 腿 又 开 始 向 上 移 动 ， 当 膝 关 节 完 全 伸 直 时 ， 向 下 打水 的 动 作 即 结 束 。 蝶 泳 腿 的 打 水 动 作 是 由 腰 部 发 力 ， 经 过 髋 、 膝 、 踝 关 节 并与 躯 干 、 脊 柱 动 作 相 协 调 一 致 配 合 完 成 的 。 脚 的 运 动 方 向 是 向 下 和 向 后 ， 其向 下 的 幅 度 大 于 向 后 的 幅 度 。 推 向 上 抬 起 时 ， 膝 关 节 必 须 伸 直 ， 如 果 稍 有 弯曲 ， 小 腿 的 背 面 将 产 生 很 大 的 阻 力 。 此 外 ， 向 上 抬 腿 时 ， 不 要 过 于 用 力 ， 以便 减 少 阻 力 。 打 腿 的 重 点 应 放 在 向 下 打 水 动 作 上 ， 腿 向 下 打 水 的 速 度 应 比 向上 抬 腿 快 约 两 倍 多 。美国飞鱼游泳俱乐部将水下蝶泳腿技术当作一项非常重要的日常训练内容，是每个国家队员或青年队员每天必练的功课。主教练雷米西尔将扎实的水下蝶泳腿技术当作运动员提高成绩的前提 。俱乐部的成员中有美国著名游泳运动员娜塔莉考林，她从小就采用水下蝶泳打腿技术训练法，一直是仰泳世界记录保持者。 运动员是否具备水下蝶泳打腿技术方面的潜能，有以下几条标准：第一，运动员的身体必须具备较好的流线型姿态，一次来减少由身体形状带来的阻力。第二，运动员的踝关节必须比较灵活，否则无法顺利完成游泳过程中的打腿动作 。第三，运动员的整个身体要处在比较好的状态，股四头肌要有力量。 如果以上三个条件不占优势，运动会就可以结合自身的情况苦练水下蝶泳打腿技术，并考虑在比赛过程中使用该项技术的比例。如果该项技术不太好的运动员3可以早出水，或减少出发与转身时的水下潜行时间。技术好的运动员可以晚出水。对菲尔普斯的身体进行了解剖学分析，认为他的脚柔韧性很好，腿短而粗壮，容易在触壁时发力，腰部很长臀部瘦小，同时肌肉类型松弛而有力，既保证了舒展性，又有爆发力。肩部很宽，使他的滑行距离变成，心脏供血量是常人的两倍，线条型肌肉使他在游泳时阻力减小。这是有一定科学道理的。2 游泳水力学分析2.1、游泳与波浪阻力游泳运动员的水下蝶泳打腿技术没有借助他们的手臂获得推进力，但是在水下可以进行较长距离的游进;而在水面上游进时身体有上下起伏因此较水下游进距离短，那么应该怎样解释水下蝶泳打腿技术的优点呢?最近提出了一些解释。专家 Videler 于 1993 年提出在水面游泳时由于波浪的产生而导致附加阻力的增加。流线型的身体在接触空气和水的界面时所遇到的阻力和相同情况在水下的阻力比较后，后者所遇到的阻力比相同的身体在 3 倍于他的宽度或身体横截面的深度时的阻力要多 5 倍多。他认为小波浪的产生和速度和身体的长度有关，速度越低、身体越长，损失的能量就越小。把这个理论运用到游泳中就可以得出如下结论：个子高的游泳者比身高矮的在很大意义上是有优势的，在游进时可以减少粘附在身体上的水的质量，从而克服了这部分水的重力。Vorontsov 于 200 年给出了一个方程，从而发现了身体滑动或游进时的最小深度，即在此深度上水面上没有波浪产生，h=v/2g.c这里 v 表示身体速度，g 表示重力加速度，c 是一个无量纲的波动系数。研究表明深度在 0. 30.7m 的地方波浪阻力可以忽略不计。因为出发和转身之后的滑行速度比比赛的平均速度要高，同时在深处滑行时不产生波浪，因此仅仅通过打腿就可以达到和保持这个高速滑行速度，这一段时间对整个游泳是很有利的。Lyttlle 则在 2000 年通过使用牵引机器在不同滑行速度和深度上来测量静态阻力。研究结果表明在水深为 0.4m 和 0. 6m 游进时阻力比在水面上滑行时减少 1020%，而在水深 0. 2m 滑行时其阻力会减少 714，当把蹬腿动作作为一个新的因素引入到阻力测量过程中时，人们发现当游泳者作蹬腿动作并以 I. 6m/s 或 1. 9m. /s 被牵引时总的身体阻力会减少，而当测试者以 2. 2m/s2. 5m/s被牵引时并没有明显的差别。但是当测试者以 3. 1m/s 被牵引且身体呈流线型无蹬腿动作时，身体阻力减小。Cossor 发现 2000 年奥运会上男子 100m 蝶泳、 100m 仰泳、100m 自由泳和 200m 蝶泳的决赛选手，15m 出发时间和水下游进距离呈显著的负相关关系。女子 100m 仰泳和 200m 蝶泳、200m 蛙泳和 200m 自由泳决赛也出现同样的负4相关关系，表明出发后的水下游进距离对比赛出发时间有很大的影响。Mason 分析了转身时间。他们发现转身动作最重要的方面就是水下阶段，其中包括蹬离池壁阶段。对于男女运动员来说，水下游进距离与时间对于整个转身时间都有很大的关系。在水下游进距离越长、时问越长，整个转身阶段成绩耗时越少。Toussaint 研究表面，水面上的游进速度收到水面波浪形式的限制，而正是其导致了波浪阻力。当一个游泳者在水面游泳时，水被劈开一条游进路线，由于在游泳者身边的水流速度的不同而产生了压力，从而导致波浪的产生。当速度增加时，产生的弓形波浪的大小和惯性都会增大，导致波浪不能迅速散去，从而阻碍了游泳者速度的增加。2.2、游泳的动力学分析几乎各种大小的水生动物的最有效的游泳运动从头到尾都有一种横波，当身体产生波运动和向前的动力时，推进力把水向后推，并保持总能量守恒。方向和运动方向相反，与此同时由于横波包围着身体，身体的摩擦力引起了液体向前的动量。由于粘滞性阻力，液体推开身体向后的流射可以与动量平衡。当一个躯体以一定的速度向前游，向前和向后的动量是完全平衡的，不过它们仍然可以单独计算。当一条鱼波动游泳时，产生的波非常特殊，它的形式是一系列改变旋转方向的漩涡。当鱼的尾巴摆到一边时，产生顺时针漩涡，摆到另一边的时候又产生逆时针漩涡。而波动游泳中的每个产生推进力的身体部位甚至包括身体的其他部位都在做相对于头部的侧向摆动。身体的弯曲变形、鱼尾摆动、胸鳍和背鳍的摆动都将产生推进效果。专家通过粒子成像技术显示并测量了鳗鱼的身体在波动游泳时产生的旋涡的大小、形状和速度，结果发现，鳗鱼的身体后面将产生向后运动的两排旋涡对，鳗鱼在身体中前部平面产生的半圆形式的波在身体摆动过程中向后传播。流动速度从头部向后呈线性增加，到达尾部成为最大值。两侧的半圆流动具有相同的旋转方向，这种结构称为原型涡。鱼类以侧面的波动增加尾部的击打频率来增加游泳速度，通过研究金枪鱼的尾部路径的振幅则发现振幅在 0. 17 倍到 0. 20 倍身体长度之间，在滑行弦的切线和滑行路径的轴之间的角度被称为攻角;动物的滑行轴和平移运动方向之间的角度成为倾角。海豚身上的衰减分析表明:在攻角、倾角和速度之间的相关分析中，角度和速度之间呈现负相关性。在慢速游泳时，海豚身体倾斜角度将近 40，在全速游泳的时候，倾角减少到 20，当攻角大约是 20时表现为慢速游泳，而当攻角减小为 10时游速将提高 6 倍。在过去的 10 年里，对鱼和哺乳动物游泳的运动学研究非常普遍。分析内容广泛，涉及领域包括:鳍路径尾部的观察，滑行的频率，身体路径的中线，身体的速度，波动形式和振幅，斜度和攻击的角度等，随着研究的不断深入，鱼类的流体力学逐渐被人们所注意，粒子成像技术的应用开始了一个鱼类和水交互作用的新知识时代。53 (想个题目)3.1、 水下蝶泳腿技术动力学和人体运动体育训练表明在水下游泳只有打腿动作时，并不会比在水面用配合游速度慢。最近国际泳联做出了竞技游泳比赛某些规则变化，缘于在国际性比赛中由于运动员使用了过多的水下蝶泳打腿技术，新规则对出发和转身后使用水下蝶泳打腿动作的距离进行了限制，距离为 15m，但是这距离还是被一些选手充分利用，来提高在水中进行的出发和转身后的速度。2005 年 7 月国际泳联技术委员会再次对游泳规则进行了修改，其中对蛙泳改动比较大。新规则称:在出发和转身的时候，如果游泳选手完全在水下，那么使用一次向下的海豚式打腿是允许的。这一新规则的颁布增强了水下蝶泳打腿技术的理论意义和应用价值。水下蝶泳打腿技术即 UUS 还没有在人类游泳中得到充分研究，早先的研究则集中在蹼泳的项目上。有人对使用单片脚蹼的蹼泳技术进行二维分析。结果用狭窄的垂直振幅和侮一个振动的周期来表示大量的波动位移。在 1984 年的欧洲青年蹼泳锦标赛的水下录像中，通过对决赛选手水下不同角度动作的分析后发现，取得较好成绩的选手的动作有许多共性，如:开始向下打腿时，膝关节弯曲较小。整个水下打腿动作中躯干和腿的摆动幅度较小。最近的研究试着对 UUS 技术进行分析，是因为有了可视技术的帮助，并且通过对水中生物包括身体和四肢的研究来分析 UUS 技术。Ungerechts 比较了蝶泳选手和海豚的游泳数据。在运动员和海豚之间比较了相对于周期期间的上踢和下踢。在相等的运动频率中海豚的上踢比较快。他认为:“人类的游泳者不会有效地把水如海豚那样进行旋转是因为他们的脚踩的形状和弯曲范围的限制，这个不足可以通过运动员加强下踢动作来解决，尽可能多使用像鞭打一样的动作” ，那旋涡的动能仰赖水的质量和涡旋水速度的平方。有人还对同一受试者在最大速度条件下对有脚蹼和无脚蹼水下蝶泳打腿游泳技术进行了分析，他们试着使用可视系统对游泳者的身体和腿的周围运动通过染色水进行观察，观察到重心的加速度在整个向下的踢期间和向上踢快要结束的时候都有发现。在向上的踢第一个阶段，仅仅膝关节的弯曲允许脚几乎垂直地移动和使大量的水处于旋转状态，这在前述踢的时候脚后面相反的方向。有效率的游泳者产生了一个大的静态旋涡在向上的踢腿结束的时候，同时在向下踢结束的时候会有一个小的旋涡。无效率的游泳者在向下踢结束的时候则产生比较小的和翻转旋涡，与此同时在向上踢结束的时候则没有产生旋涡。3.2、水中的波动游泳:人体运动运动学的研究目的是评估不同水平的游泳运动员完成水下蝶泳打腿技术时的差别。专家通过分析两组选手:国际级青少年选手和国家级选手。运动员的年6龄和游泳水平决定其组别的不同，大部分运动员之前没有进行专门的水下蝶泳打腿技术训练。实验表明，游泳者尽最大的努力用 UUS 技术进行 15m 的二次试验。摄像机记录的区域从池边出发并超过了 7. 5m 处，这个距离将保证所获得推进的速度是由腿和身体完成的。要求运动员进行试验时水深要超过 0. 5m。为了确定实验组之间的差别，在进行分析之后要计算许多变量。.通过分析将打腿周期分为 3 个阶段:(1)向下的踢;(2) 第一次向上踢 : (3)第二次向上踢。第二个和第三个时期之间的最大不同是脚的轨迹突然地改变方向，从一个比较垂直的方向到较水平的方向，这一变化是由于上踢过程中膝关节开始弯曲。把该阶段和重心的水平及垂直速度结合起来可以发现，腿向下踢时水平速度增加，下踢结束时其值达到最大。有时速度的二次峰值和前面第一次的类似，通常出现在由上踢垂直阶段向其水平阶段过渡处。在下踢动作时垂直速度增加，当脚在这个状态之前垂直速度达到最高值。在脚垂直的运动的变化之前获得最大垂直速度。在这情况下，绝对垂直速度值是不同的，下踢是上踢时的两倍。在研究中发现了令人惊讶的数据:重心的水平速度在打腿周期中非常一致。只有在膝关节弯曲结束时，水平的速度减少到 1. 6m/s。在整个打腿周期的 75%时间内其水平速度都超过 2m/s，这表明运动员在打腿周期中的显著表现并没有借助池壁的推进力。当分析国际组青少年组的数据的时候，我们发现重心平均速度的重要相关性:(1)重心水平平均速度；(2) 髋部平均速度，髋部水平速度和垂直速度；(3)在下踢时重心的平均速度；(4) 第一次上踢时重心的平均速度；(5)第二次上踢时重心的平均速度;(6) 重心速度的最大值 (但与重心速度的最小值显著性更大 )；(7)脚趾尖的平均速度;(8) 踢蹬动作水平位移和； (9)膝关节弯曲程度最大时的角度。研究同时发现重心的平均速度和下列两个因素之间相关性较低或没有明显的相关性，即重心的平均垂直速度和打腿的幅度。进行性别分析时，国际组表明了所有的变量值均相似。身体角度仅仅在打腿动作的开始和结束时在水平的参考系中有所区别。男子的身体位置容易倾向水平方向而女子几乎对称性地在水平线上下振荡。在竞技水平方面，当比较国际组和国家组时，发现其重心和髋部的速度，重心及髋部的水平速度，脚趾的速度值方面，国际组比国家组显著性要高一些。在重心的垂直速度方面则没有什么区别。两组之间打腿的幅度则没有什么不同，但是国际组的身高稍高一些，国际组相对身高的振幅百分比是 34. 31%，而国家组的百分比是 36. 58，在水生动物中例如海豚的百分比是 20。在两个组一个打腿动作周期期间观察重心速度变化，我们发现周期中类似的速度变化，尽管两组的速度是不同的，髋部和脚趾的速度变化具有类似的结果。7结 束 语中国游泳协会副主席李桦说，在过去十几年中，游泳比赛项目经历了大起大落之后，进入新的世纪以来展现出了良好的发展势头。事实有目共睹，尽管世界的泳坛格局在发生着变化，但中国游泳项目也有着自身的发展，女子项目提高很快，男子项目水平也有所突破。在 2008 年北京奥运会上，中国队取得了一金三银两铜的好成绩。中国队目前需要做的是延长大龄运动员的运动寿命，并发展年轻的新运动员。更重要的是，用现代化技术手段为训练提供全方位的科技保障。水下蝶泳腿技术是游泳项目中的一项重要技术，我们应该学习国外的理论成果，重视实践经验的积累，努力提高中国游泳队的技术水平。8参考文献1王晶; 菲尔普斯获美年度最佳游泳运动员 N; 中国体育报; 2003 年2张铭; 游泳运动员成功的六大因素 J;中国体育教练员 ; 2000 年 02 期3魏松松. 从