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[原创] 关于浮心迁移扭力矩对身体转动的贡献的商榷

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发表于 2015-1-3 17:56:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 龙影儿 于 2015-1-3 18:00 编辑

关于浮心迁移扭力矩对身体转动的贡献的商榷
(与老旱教授商榷)
       浮力作用在被排开流体的重心B上,与物体的重心G是有区别的,只有当物体是完全均值的情况下,两者才重合。这大概就是浮心迁移的理论依据。在船模静力学分析中,由浮心迁移而生成的扶正力矩(图中的扭力矩),使船能自动回复到正浮或平衡状态,这种船只的原平衡状态,称为稳定平衡,即扶正力矩处于零状态。也是船只安全航行的最基本、最理想状态之一。
        自由泳的高肘移臂状态则是自由泳游进时的最基本、最理想状态。既然是理想状态,当然是转动力矩或动量矩越小越好。也就是要尽量减少身体处于平卧位的时间,增加侧卧位的时间。
       《游泳运动》一书中指出:“要减小阻力,就要尽量减少身体处于平卧位的时间,增加侧卧位的时间”。也就是说,要想增加侧卧位的时间,就要想方设法降低身体的转动趋势,即减小高肘移臂状态的转动力矩或动量矩。
        您在“年终岁末,答疑补课”一文中,右图示高肘移臂状态,因浮心迁移而生成的且为最大的“扭力矩”,在自由泳力学分析中仍旧会充当着扶正的作用。只是该力矩为躯干反向转动的力矩(动量矩)所平衡,致使高肘移臂状态的转动力矩或动量矩有效减小,加上两臂对纵轴的转动惯量处于最大,这些因素都遏制了身体的转动趋势,促成了侧卧位时间的稳定延长。这也是高肘移臂的力学根据之一。从这里的分析可以看出,扶正力矩对身体的转动并没有任何贡献。而且当身体处于平卧位姿态时,处于零状态的扶正力矩不但不会促进身体的快速转动,而且会增加身体处于平卧位的时间,就更谈不上对转动作出贡献了。
        扶正力矩处于零状态时,则是身体转动的角动量处于最大的状态。也就是说,对身体转动作出主要贡献的依然是两腿打水在髋部生成的角动量和两臂协调配合生成的角动量,以及两臂对纵轴线的转动惯量趋于最小值的协调配合。这也是好多教练员经常强调的“三力合一”的力学根据。两臂对纵轴线的转动惯量趋于最小值,是减少身体处于平卧位时间的最有效的基本动作技术之一。
       拙见。望共同探讨。

评分

参与人数 2威望 +10 金钱 +64 贡献值 +10 收起 理由
桃花岛岛主 + 5 + 14 + 5
manchurian_sy + 5 + 50 + 5 为“商榷”点个赞!

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发表于 2015-1-3 19:39:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 老旱 于 2015-1-4 00:12 编辑

自由泳不可能一直保持你说的这个[最理想状态],当向反方向滚动时,靠什么?这时扭力矩几乎没了。

[中长]和[短冲]的滚动角度有大有小,平衡好[增加推进力]与[减小阻力]孰轻孰重?才是游好自由泳的关键。。。希望把 4 竹内的神奇 再看看










点评

http://www.auerbachgas.com/ 爱情小说网  发表于 2015-4-3 09:25
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 楼主| 发表于 2015-1-3 22:23:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 龙影儿 于 2015-1-3 22:27 编辑
老旱 发表于 2015-1-3 19:39
自由泳不可能一直保持你说的这个[最理想状态],当向反方向滚动时,靠什么?这时扭力矩几乎没了。

要不说有 ...


    文中提到“侧位提肘滑行,在力学看来是一个非平衡态,它是在扭力矩的作用下滚动的过程,不存在一个可以维持的平衡状态”这一点有待商榷。
       侧位提肘滑行, 若不计水阻和臂、腿的转动惯量时,两腿打水时在髋部生成的转动力矩(角动量),会因人体在水中游泳是一个角动量守恒系统,而导致躯干向相反方向连续转动下去,直至翻转。而此时,因浮心迁移而生成的扶正力矩的转动方向却与躯干转动的方向完全相反,对身体的翻转起到了一定的扶正(遏制)作用,从而保证了提肘滑行的稳定性。身体维持侧身滑行状态的时间长于平卧状态的时间,客观上应该是不争的事实。
      [最理想状态]成立的另一个依据是,鲍比.鲍曼教练在他的“自由泳最佳教程”视频中讲到的——高肘移臂时的角动量最小。
       两臂配合围绕两肩连线与纵轴线的交点转动时,以小臂质点为例粗略的讲,小臂质点处于高肘状态时,因其距交点的位矢最小而致角动量最小。角动量越小,身体转动的趋势越弱,加上两臂对纵轴的转动惯量处于最大状态,  [最理想状态]不就顺理成章了吗?当前伸手臂入水时,小臂质点的位矢又处于最大状态,其角动量自然也就最大。有趣的是小臂这个最大的角动量引起肩部转动的方向,与躯干转动的方向完全一致,又由于此时手臂对纵轴的转动惯量最小,直接导致了身体的快速转动,实现了教科书中强调的减少平卧时间的要求。
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发表于 2015-1-3 23:26:39 | 显示全部楼层
龙影儿 发表于 2015-1-3 22:23
文中提到“侧位提肘滑行,在力学看来是一个非平衡态,它是在扭力矩的作用下滚动的过程,不存在一个可 ...

文中说的是:“所谓保持50度左右的侧位提肘滑行,,。“ 你删掉了10个字,意思全变了

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 楼主| 发表于 2015-1-3 23:31:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 龙影儿 于 2015-1-3 23:32 编辑
老旱 发表于 2015-1-3 19:39
自由泳不可能一直保持你说的这个[最理想状态],当向反方向滚动时,靠什么?这时扭力矩几乎没了。

在针对中 ...


    “圆柱形的圆木无论是自身的转动惯量,还是接受外来的扭力矩,都是一个比较接近自由泳人体的运动模型”也有待商榷。
         圆木可以简化成单个刚体,它对定轴的转动惯量保持不变。
         自由泳的人体运动则只能简化成一个以相同的角速度绕纵轴转动的“非自由质点系”。对于非刚体系统,如果组成它的各质量元或各个部分以相同的角速度绕共同轴转动,此时,转动系统对共同轴的转动惯量可能会变化,刚体定轴转动定律不再使用,而刚体定轴转动的角动量守恒定律在这里仍然成立。因此当物体绕定轴转动时,如果它对轴的转动惯量是可变的,则在满足角动量守恒的条件下,物体的角速度ω随转动惯量J的改变而改变,但两者之乘积Jω却保持不变,因而当J变大时,ω变小,J变小时,ω变大。也就是说,自由泳的人体运动是一个角动量守恒系统,与可以简化成单一质点的园木没有可比性。例如,用角动量守恒可以解释自由泳转动的“制动效应”,用圆木转动能够解释该效应吗?显然不能。
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 楼主| 发表于 2015-1-3 23:35:58 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-3 23:26
文中说的是:“所谓保持50度左右的侧位提肘滑行,,。“ 你删掉了10个字,意思全变了

...

这是因为,保持多少度的侧位提肘滑行并不重要。
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发表于 2015-1-3 23:55:05 | 显示全部楼层
龙影儿 发表于 2015-1-3 23:35
这是因为,保持多少度的侧位提肘滑行并不重要。

浮力扭力矩是随侧位的角度变化的:





你认为不重要,可以自由阐述你的观点;但在引用时,最好尊重原文。
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发表于 2015-1-4 11:08:08 | 显示全部楼层
龙影儿 发表于 2015-1-3 23:31
“圆柱形的圆木无论是自身的转动惯量,还是接受外来的扭力矩,都是一个比较接近自由泳人体的运动模型 ...

物理,仅是物质运动的基本原理;而生物力学或运动学,则是用来解释人体运动的特殊性的,其中不乏借用到简化的物理模型来解释。

[圆木]“是一个比较接近自由泳人体的运动模型”。——说的是“比较接近”,没说就是。有人甚至用[三段模型]来解析自由泳:

三段.png

但不管多么复杂,任何模型必须从实际出发,理论要能够解释实测的数据;而不能凭空拿来一个物理模型,让自由泳来附和它,而存在。

游泳为什么归[水上运动中心]管理呢? 就是因为它既不是陆上运动,又不是潜水运动,而是在水面附近的运动,这就免不了出水/入水,必然牵扯到浮力的变化。而用陆上的机械模型,或水下的鱼类模型来解读人类的游泳,都容易出问题。我们这个论坛,已不只一个了。

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参与人数 1威望 +5 金钱 +50 贡献值 +5 收起 理由
孤独蛤蟆 + 5 + 50 + 5 这是科学的态度,戏剧可凭想象,但科学一定.

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 楼主| 发表于 2015-1-4 17:33:09 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-4 11:08
物理,仅是物质运动的基本原理;而生物力学或运动学,则是用来解释人体运动的特殊性的,其中不乏借用到简 ...

    十分感谢您的【三段模型】。
    利用简单的物理模型,应用生物学和力学的基本理论以及分析方法,来解释人体相对运动和静止现象,使复杂的游泳运动技术建立在最基本的生物学和力学的规律之上,当然无可厚非。问题是简化的物理模型不应与人体运动基本动作技术相差太远。
        一段模型的圆木是不是太过简单,三段模型似乎又相对复杂,分成腿与躯干的两段模型您觉得怎样?当任一条腿向下打水时,手臂和躯干却以相同的角速度朝相反方向绕纵轴转动,这是不是符合角动量守恒系统的基本运动特征,这不能说是让自由泳来附和它吧。
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发表于 2015-1-4 18:36:14 | 显示全部楼层
无论[圆木]还是[三段模型],都是指[运动平台],从未囊括腿和手臂。因为仰自属长轴上的滚动,与圆木类似,故常以圆木代之。

这世界恐怕没有多少想不到的了。。。当以为如何如何的时候,“冯.迪特利史已经到达了塞拉热窝”。

powerchain.png

http://bbs.chinaswim.com/thread-364616-1-1.html




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 楼主| 发表于 2015-1-4 21:38:51 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-4 18:36
无论[圆木]还是[三段模型],都是指[运动平台],从未囊括腿和手臂。因为仰自属长轴上的滚动,与圆木类似,故 ...

旱教授总是能够表现出特有的幽默感。祝您游泳愉快!
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 楼主| 发表于 2015-1-5 10:45:58 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-4 18:36
无论[圆木]还是[三段模型],都是指[运动平台],从未囊括腿和手臂。因为仰自属长轴上的滚动,与圆木类似,故 ...

不过,自由泳运动生物力学的理论研究数十年来没有突破也是不争的事实。
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发表于 2015-1-5 11:50:49 | 显示全部楼层
龙影儿 发表于 2015-1-5 10:45
不过,自由泳运动生物力学的理论研究数十年来没有突破也是不争的事实。
...

不错,虽然冯. 迪特利史作风严谨,一丝不苟,但[劳费尔行动]最终还是失败了。。。原因大家都知道。

所以说,做任何事情首先要寻清它的脉络,像瓦尔特那样,一层一层地剖解[劳费尔行动计划],在最后的关头,把对方带入坟墓。


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发表于 2015-1-5 15:28:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 公牛 于 2015-1-5 15:29 编辑

且不说帖子的内容,仅探讨问题的语气就够公牛学习的了
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 楼主| 发表于 2015-1-11 20:16:57 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-4 18:36
无论[圆木]还是[三段模型],都是指[运动平台],从未囊括腿和手臂。因为仰自属长轴上的滚动,与圆木类似,故 ...

    尽管“这世界恐怕没有多少想不到的了。。。当以为如何如何的时候”,国外的一些学者用从未囊括腿、手臂的 [一段的船只或圆木模型]和[三段模型],来解析仰自的长轴滚动(转动)运动,它是否有效,取决于研究结果符合实际的程度和对数学规律表述的通俗性。解析仰自的长轴滚动(转动)运动,又不对人体动力学研究时的重要参数——人体环节转动惯量(转动惯性的度量)加以关注,从建构模型的基本标准来衡量,该模型是简单性有余,代表性和有效性不足。
        船模的单一的扶正力矩(扭力矩)之所以起到了扶正作用,是因为船模质点对通过质心轴的转动惯量与对不通过质心各平行轴的转动惯量相比具有极小值,且为常量的缘故。转动惯量越小的物体,越容易转动,这是最简单的物理常识。而移臂状态产生的扶正力矩的扶正作用,却会因人体臂、腿这个“非自由质点系”对通过质心轴(纵轴)的转动惯量处于极大值不易转动,而完全丧失。所以也就有了有效地延长身体处于侧卧位的时间的理想状态。只有当忽略掉臂、腿对纵轴的转动惯量时,才能得出所谓的“游得越快,肩部浮力对滚动的贡献越大”的结论。事实上,游得越快,肩部转动的幅度越小,浮心迁移的扶正力矩又何来极大值呢?浮力对滚动的贡献如此之大,何须用力地打腿呢?因此,所谓浮心迁移导致人体向反向的转动,难道不是一种让自由泳去附和船只模型的主观臆造吗?
        至于构成人体向另一侧转动的扭力矩有与没有,在“商榷”贴里讲得很清楚。
        其实,鲍比.鲍曼教练对高肘移臂的角动量的描述透露出,在人体游泳力学研究方面,美国的确走在了世界的前列,美国游泳队一枝独秀,当之无愧。

        游泳的闲暇之余,探讨一下人体游泳的运动生物力学原理,不亦乐乎。祝您游泳快乐!共同进步!
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