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楼主: 龙影儿

[原创] 关于浮心迁移扭力矩对身体转动的贡献的商榷

[复制链接]
发表于 2015-1-11 21:55:10 | 显示全部楼层
" 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?"

因为快频率时,比如六次腿,它对髋部滚动的贡献几乎没了,因此原本50/68的上/下肢对滚动的贡献比,就成了以上肢为主了。滚动的角度再小,手臂也要出水,因为出水失去了浮力,才有浮心迁移、才有扭力矩。见:《浮心迁移 全浸之谜》http://bbs.chinaswim.com/thread-379102-1-1.html

“ 浮力对滚动的贡献如此之大,何须用力地打腿呢?”

浮力扭力矩仅在50度附近有最大值,在0度和90度附近则为零。[最理想状态]是大角度的侧位,接近90度了,这时上肢的浮力扭力矩几乎没了,人体如何往回滚呢?? 只有用力地打腿。下图为特里,第二张是滚动的角度,第三张为打腿的幅度

tui1.png

“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?”

这个问题[王善保家的]问过了。

矢内利政十几年前就提出了[浮心迁移],但至今他也没有任何有关船模的文字。船模是为了帮助大家理解浮心迁移的规律,引荐的一个简化模型。矢内利政在测试11位运动员的浮心变化时,连呼吸导致的胸部密度变化都计算在内了,还用得着船模来解释自由泳的浮力变化吗?

记得不止一次推荐过矢内利政地工作,估计没看,? 如果想对别人的研究评论一番,须要自己先做足功课。逮着只言片语就上升到国外研究如何如何,这连[浅尝辄止]都算不上。

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发表于 2015-1-12 10:50:31 | 显示全部楼层
至于用什么模型来解读游泳,每个人有自己的出发点;只要说得通,[有理走遍天下]。昨日瓦尔特保卫了萨拉热窝,今天南斯拉夫不是又归了北约了么?

学术也一样,[无名草木年年生],[质点系]不是不可能解释游泳。。。但须记住,这世界、这论坛,是很讲实际的,[文章可立身]。拿不出完整的思维架构、及模型/实际结果,恐怕大家是不会当回事儿的。

这完全是出于鼓励才这么说的,千万别误会我的好意。
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发表于 2015-1-12 15:30:56 | 显示全部楼层
16楼第三幅图,特里的剪刀腿也太大了
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发表于 2015-1-12 18:25:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 老旱 于 2015-1-15 20:11 编辑
公牛 发表于 2015-1-12 15:30
16楼第三幅图,特里的剪刀腿也太大了

对,人们都会问:特里为何会打出此腿?

通过浮力扭力矩的变化规律,我们知道,像这种大角度滚动,在接近90度时,上肢的浮力扭力矩基本就没了;身体若向反方向滚动,只可由下肢的踢腿(扭力矩)来完成。因此,一个侧向的、势在必成的踢腿就出现了(见左图)。

t1.png    45du.png overbr.png

楼主认为侧卧位是自由泳的理想状态 (估计是看了《游泳运动》这一节,见中图), 但这是出于减少阻力而言的。游泳需要减小阻力,但应在保证推进力的情况下减少阻力,而不能本末倒置。尤其还要根据游程来规划,有所侧重和取舍。书中虽然提到了40~50度滚动、甚至 60多度,这需要辩证地看待。美国游泳队的Katie Arnold教练最近说,自由泳仰泳要[浅滚],一般在30度左右为宜,40多度就属于[过渡滚动]了(见右图)(http://www.usaswimming.org/ViewN ... emid=7600&mid=11656 ),并列出了一堆理由,显然前者后者各有所指。

不要以为写入教材,或出自名教练之口的就是真理了,要看是否提供了类似[浮力扭力矩]这样的真实数据。既然热爱游泳,那么就应该对水环境的运动有所了解;而流体力学及生物力学,才是最终解读游泳的理据。

希望有更多的人关注这方面的学习。






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发表于 2015-1-15 09:42:45 | 显示全部楼层
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发表于 2015-1-15 21:12:29 | 显示全部楼层
明白了剪刀腿的根源
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 楼主| 发表于 2015-1-16 22:31:56 | 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 ...

    其实,是与不是,咱们说了都不算,事实胜于雄辩。
        清华大学郑秀媛教授指出:研究的结论不仅能解释运动,而且能揭示运动内在机理、预测运动结果并作为设计新的技术动作的理论基础。
        在船舶静力学研究中,浮心迁移生成的扶正力矩的正确性之所以毋庸置疑,是它完全可以解释船模质点的横倾运动:当模型倾斜时,浮心出现迁移,且对重心构成具有扶正作用的回复力矩,并导致船体绕纵轴向水平状态转动。回复力矩越大,模型的转动趋势越强。当模型回复(转动)到水平的[理想状态]时,重心与浮心处于同一铅垂线上,扶正力矩等于零,模型进入稳定的水平航行状态。回复力矩等于零时,因模型没有转动趋势而保证了船舶处于水平稳定航行理想状态。这里应该注意,船模在整个扶正转动过程中,它的转动惯性始终没有也不可能发生变化。
       《游泳运动》一书在描述游进中身体围绕纵轴有节奏的转动时指出:整个身体作为一个整体随着手臂和腿部的动作围绕纵轴有节奏的转动。过去的观点一致认为是肩部在围绕纵轴转动,事实上躯干的转动要远远大于肩的转动。一些优秀运动员在游进时身体的一侧,包括大腿外侧常常因转动而露出水面。肩的动作更正确地说是向前和向后的移动。身体的转动使躯干的大肌肉群发挥了作用,尤其在产生推进力最大的划水结束阶段。当手臂完成划水进入出水和空中移臂阶段时,身体的转动使髋和肩部保持了流线型。目前的许多研究认为,身体处于侧卧位时受到的水的阻力要远远小于平卧位时。因此,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。所以,在爬泳和仰泳中,就要加大身体转动的幅度,增加身体处于侧卧位的时间。
       这里我们注意到,在爬泳和仰泳中,有两个[理想状态],第一个理想状态是增加侧卧位的时间。第二个理想状态是尽量减少身体处于平卧位的时间。
       第一个理想状态肢体运动姿态为:推水手臂结束推水从出水,经过高肘移臂到入水瞬间的全过程,身体始终处于侧卧位状态,时间之长是其它手臂交替配合状态无可比拟的。
       第二个理想状态肢体运动姿态为:空中移臂手臂的手在最大限度地靠近中线处入水并前伸,推水手臂完成推水过程,以及异侧腿从上向下完成打水动作,三个动作协调配合与身体转动瞬间同时完成。俗称“三力合一”。此时身体从一侧侧卧位经过俯卧位向另一侧侧卧位转动的速度之快,是其它肢体转动配合状态所不可比拟的。由于此时身体的正投影面积最小,流线型最佳,所以,身体的动态阻力最小,净推进力最大,速度自然也就最快。
       下面以自由泳的后交叉为例,用目前已有的研究成果对两个理想状态逐一剖析。
       首先,用美国著名的游泳教练鲍比•鲍曼所述“曲臂划有所谓更小的角动量”的理论来解释:
       角动量是描述物体转动趋势的量。角动量越小,转动趋势越弱。当手臂高肘移臂达到最高状态时,手臂质点对纵轴的转动惯量处于最大状态。转动惯量是物体转动惯性的度量,转动惯量越大,物体越不易转动。最小的角动量和最大的转动惯量是实现第一个理想状态的基本保证。与曲臂划有更小的角动量相对应,是手臂入水和推水手臂出水协调配合状态时则具有最大的角动量,以及手臂对纵轴线具有最小的转动惯量。角动量越大,转动趋势越强;转动惯量越小,越利于的物体转动。更大的角动量和最小的转动惯量是实现自由泳第二个理想状态,即身体快速转动的必要条件。
       结论:鲍比•鲍曼教练透露出的理论可以完美解释运动,并能揭示运动内在机理。
       其次,用自由泳身体转动遵循角动量守恒定律的理论来解释:
       长轴游泳的两段模型与不囊括臂、腿的一段或三段模型的运动特征,是当任一条腿向下打水时,手臂和躯干以相同的角速度朝相反方向绕纵轴转动。它符合刚体绕定轴转动的角动量守恒系统的基本运动特征。
       袁艳红教授在其主编的《大学物理学》一书中,阐述关于角动量守恒定律的使用条件时指出: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。
       自由泳的身体是一个典型的“非自由质点系”,身体的转动方程为M/2(Jb+Jt)=ω。式中,M为臂入水与腿打水协调配合生成的促使身体转动的总角动量,又称“核心动力”。在一段时期内M为相对常量或缓慢递减量。Jb为手臂对纵轴的转动惯量,Jt为两腿对纵轴的转动惯量,均为变量。ω为躯干转动的角速度。由转动方程可知,第一个理想状态之所以得以实现,是在曲臂划的高肘移臂状态时,两臂对纵轴的转动惯量Jb最大,与之相应,躯干转动的角速度ω最小,同理,转动惯量是物体转动惯性的度量,转动惯量越大,物体越不易转动。角速度ω越小,物体越不易转动。第二个理想状态之所以得以实现,是当臂、腿协调配合形成“三力合一”时,“核心动力”M最大,臂、腿的转动惯量2(Jb+Jt)最小,躯干(纵轴线)转动的角速度ω最大,且入水手臂距中线距离越近,即手臂的转动惯量变小的时间越短,躯干(纵轴线)转动的角速度ω就越大,身体的通过俯卧位的时间就越短。
       结论:人体在水中运动遵循角动量守恒定律,及其转动方程同样可以完美解释运动,并能揭示运动内在机理。
       最后,用浮心迁移生成的扶正力矩促成身体转动的理论来解释:
       事实上,在高肘移臂动作全过程就是身体在侧卧位状态下完成的,因此,浮心迁移生成的扶正力矩至始至终都是存在的。尽管如此,身体沿侧卧位滑行的第一个理想状态却始终没有改变。这是为什么呢?第一,扶正力矩无论是否达到峰值都远没有如矢内利正所说的那么大,所以扶正力矩不足以改变身体沿侧卧位滑行的姿态。第二,曲臂划的手臂质点对纵轴的转动惯量处于最大状态,而转动惯量是物体转动惯性的度量,转动惯量越大,物体越不易转动。即便是当辅助踢腿打水促成躯干向相反方向转动的角动量,会与处于同一转动方向的扶正力矩相叠加时,身体侧卧位的滑行状态都丝毫没有因此而改变。当身体运动需要促成第二个理想状态时,即身体进入俯卧位需要快速转动时,扶正力矩则等于零。回复力矩等于零时,船舶可以实现水平稳定航行的理想状态,自由泳在扶正力矩(回复力矩)等于零时,则根本不会实现身体的快速转动、达到最大限度地减少身体处于俯卧位的时间的目的。
       另外,众所周知,游得越快,身体转动的幅度越小。按照浮心迁移的静力学分析的结论,身体转动的幅度越小,扶正力矩自然也就越小,此点毋庸置疑。然而,大幅度地转动所生成的扶正力矩都没能改变侧卧位的滑行状态,难道小幅度的身体转动会实现“游得越快,肩部浮力对滚动的贡献越大”吗?
       结论:讨论扶正力矩对自由泳的转动的影响,却采用了没有囊括臂、腿转动惯量的一段的圆木模型或船只模型,乃至三段模型,这本身就是一个重大的瑕疵。所以,该理论只适用于船舶静力分析。因此,该理论是不可能正确解释游泳运动和揭示运动内在机理的。

       尽管智慧的最高境界是幽默,但用在这里是否显得牵强呢?
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发表于 2015-1-17 08:06:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 老旱 于 2015-1-18 07:19 编辑



矢内利政测到了浮力扭力矩,就在下面。。。请问你那胜于雄辩的[事实]在哪里?

table2.png


为何”游得越快,肩部浮力对滚动的贡献越大?“ 这在16楼已经解释过了。下肢的68%没有了,自然上肢的浮力扭力矩就成为滚动的主要力源了,这很难理解吗?

yanai.png

http://www.docin.com/p-379086747.html

在"事实上,...“这一段里,你描述了两个[理想状态]。估计下图是[第一理想状态]:



问题是,被测的11位选手,借着浮力扭力矩,在50度左右就往回滚了。而你的[第一理想状态]白白错过了机会,生生滚到了90度;没有特里那[剪刀腿],怕是回不来了。。。

所以说,矢内利政的模型是可持续的,对自由泳是有参考价值的。




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发表于 2015-1-18 22:27:31 | 显示全部楼层
呵呵,太深奥了。
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发表于 2015-1-18 22:38:58 | 显示全部楼层
BY KATIE ARNOLD//HIGH PERFORMANCE CONSULTANT
In earlier articles our staff has talked about the need for long axis rotation to be short and quick. This snappiness comes from shallower rotation (usually around 30 degrees), rather than the traditional “side-to-side.” When I talk to swimmers about this idea, I refer to this shallow rotation as “rail-to-rail,” with your rails being imaginary lines drawn from the front or back of your shoulders to the front or back of your hips.
Below is a look at the most common negative results of over-rotating in freestyle and backstroke. Each series of three photos is a progression through a single arm stroke for an athlete who over-rotates.
In freestyle, over-rotating (1) causes a late rotation back to the other side (2), which results in a wide catch that is outside the line of the body (3). Additionally, as people wait for their rotation to switch over to the other side, the freestyle breath is often delayed and drawn out. In backstroke, the over-rotation (1) also results in a late rotation back to the other side (2), which causes the hand to enter behind the head (3). For both of these strokes, over-rotation also causes a hiccup or pause in the flutter kick when the feet may either cross or splay out to try to rebalance the swimmer.


翻译软件译文

BY KATIE ARNOLD// HIGH PERFORMANCE顾问
在前面的文章中我们的员工一直在谈论需要长轴旋转短,见效快。这snappiness来自浅转动(通常在30度左右),而不是传统的“边到边。”当我谈这个想法游泳,我把这个浅的旋转为“轨至轨”,与您的轨道是假想线从前方吸入或回你的肩膀到前面或后面你的臀部。
下面一起来看看过度旋转自由泳和仰泳中最常见的阴性结果。每个系列的三张照片是通过一个单一的手臂划一个进步的运动员谁过度旋转。
在自由泳,过度旋转(1)导致晚期旋转回的另一侧(2),这导致在宽的捕获是在主体(3)的线以外。此外,随着人们等待它们的旋转切换到另一侧时,自由泳呼吸往往延迟和拉出。在仰泳,该过度旋转(1)还导致晚期旋转回的另一侧(2),这会导致手进入头部背后(3)。对于这两个笔画,过度旋转也引起打嗝或暂停在扑踢时脚可以或者交叉或张开出来尝试重新平衡游泳运动员。

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 楼主| 发表于 2015-1-20 17:29:45 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-17 08:06
矢内利政测到了浮力扭力矩,就在下面。。。请问你那胜于雄辩的[事实]在哪里?

    清华大学金季春教授指出:人体运动的生物力学分析需要组成人体的各个环节惯性特征的知识。
        截图很漂亮,但却没有任何参考价值。它既不是仰泳的“后交叉”的臂、腿协调转动配合,更不是自由泳前或后交叉方式的臂、腿协调转动配合。对臂、腿对纵轴的转动惯量视而不见,置两腿打水的“制动效应”避而不谈,得出所谓让身体滚到了90度的结论,不足为奇。
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 楼主| 发表于 2015-1-20 17:34:52 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-17 08:06
矢内利政测到了浮力扭力矩,就在下面。。。请问你那胜于雄辩的[事实]在哪里?

矢内利政的截图(a)是顺拐。
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 楼主| 发表于 2015-1-20 17:52:31 | 显示全部楼层
桃花岛岛主 发表于 2015-1-18 22:27
呵呵,太深奥了。

    ,沾沾岛主的仙气。
        (美)詹姆斯.康西尔曼在他主编的《美国游泳技术和训练》一书中指出:游泳技术的力学分析应该找出尽可能使身体匀速前进的技术。
        游泳技术的力学分析揭示,自由泳的后交叉(中后交叉)转动配合的推进力由七个净推进力组成,在两臂各种交叉转动配合方式中,是“避阻、就力”完美统一、效率最高的最佳组合。
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发表于 2015-1-20 18:50:25 | 显示全部楼层
龙影儿 发表于 2015-1-20 17:34
矢内利政的截图(a)是顺拐。

矢内利政的截图没有问题,他引用的是六次腿配合技术。下面[六次腿]一列,可以看到完全对应的(a)和(b):

Cc.jpg

建议楼主也能贴张草图,比如,你的[第一理想状态],到底啥样?别老让大家雾里看花。



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 楼主| 发表于 2015-1-20 19:01:27 | 显示全部楼层
anan 发表于 2015-1-15 21:12
明白了剪刀腿的根源

    国家体育总局体科所的林洪 闫超 等研究人员在他们撰写的《 游泳运动技术优化与创新的研究》中指出: 从比赛的技战术环节看,徐妍玮应该注意的问题:……2)注意出发入水后打蝶泳腿时不要分腿,起游阶段打自由泳腿时,应保持直腿鞭打,膝关节不要弯屈;……
        从朱颖文的技术环节看,朱颖文的技术有以下问题:……2)注意出发起游阶段打自由泳腿时,应保持直腿鞭打,膝关节不要弯屈;……
       强调“应保持直腿鞭打,膝关节不要弯屈”,其本质就是身体必须保持刚体这个大前提。直腿打水可以实现小幅、快打;在髋部生成的转动角动量,也称核心动力才能达到最大值;两腿对纵轴的转动惯量会趋于最小值。由身体的转动方程M/2(Jb+Jt)=ω可以看出,两腿对纵轴的转动惯量Jt越小,同样的核心动力,身体可以获得最快的转动角速度ω。两腿打水的动量是通过躯干被动转动的角速度ω传递给入水手臂和推水手臂的。角速度ω越快,两臂交替配合的频率,及其产生的被动推进力越大。因此,坚持直腿打水的训练极其重要,要点是小幅、快打(暴打)。
        剪刀腿不会达到上述目的。
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