游泳流体动力学与装备

皮肤摩擦阻力、压差（形状）阻力和兴波阻力共同阻碍水面游泳者。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

水的密度大约是空气的800—830倍，这就是水中速度低得多的原因。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

与空气中一样，水中的阻力大致与速度的平方成正比，因此所需功率大约随三次方上升。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

随着游泳者推起更大的艏波，兴波阻力随速度急剧上升。

来源：Vennell, Pease & Wilson, J Biomech 2006 · 记忆

在大约0.5—0.7米的深度，兴波阻力降到很小，这就是滑行和蹬离都在水下进行的原因。

来源：Vennell, Pease & Wilson, J Biomech 2006 · 记忆

在水面以下前进可以避免兴波阻力，因此流线型的滑行能更久地保持速度。

来源：Vennell, Pease & Wilson, J Biomech 2006 · 应用

被动阻力是在被拖动的静止身体上测得的；主动阻力则包括真实游泳中的身体动作。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

向下倾斜的身体会呈现更大的横截面，留下更大的湍流尾流。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

自由泳的总效率很低；大量能量损失为热量，并用于推动水而不是身体。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

阻力大致随v的平方上升，功率大约随v的三次方上升：1.1的三次方约为1.33。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 应用

浮力等于排开水的重量。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

静止漂浮时，充满空气的肺使浮心比重心更靠近头部，而重心更靠近髋部；这两个力形成扭矩，使双腿下沉。划水过程中情况会改变，Yanai对此作了说明。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

脂肪（约0.9克/毫升）会漂浮，而肌肉（约1.06克/毫升）会下沉，因此身体成分会改变浮力。

来源：Pendergast et al., J Appl Physiol 1977 · 记忆

密度约为1.025克/毫升的海水比淡水提供更大的浮力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

肺里的空气越少，排开的体积越小，浮力也越低。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

更多的脂肪量和更小的腿下沉扭矩，使女性的身体位置更水平，阻力更低。

来源：Pendergast et al., J Appl Physiol 1977 · 记忆

抬起双腿可使身体线条更平，面向水的横截面更小。

来源：Toussaint et al., Med Sci Sports Exerc 1989 · 记忆

浮标在身体较低的位置增加浮力，抵消腿下沉的扭矩。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 应用

密度大、体脂低的身体下沉更多，尤其是双腿，这会增加阻力和打腿所需的力气。

来源：Pendergast et al., J Appl Physiol 1977 · 应用

浮力等于重力，因此身体无需费力就能停留在所处的深度。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

闭孔泡沫困住氮气泡，使材料比水更轻，并具有保温作用。

来源：Toussaint et al., Med Sci Sports Exerc 1989 · 记忆

两套规则都把防寒泳衣的厚度限制在5毫米，以限制浮力。

来源：World Triathlon Competition Rules (2025) · 记忆

在约1.25米/秒的速度下，防寒泳衣使主动阻力降低了约12—14%。

来源：Toussaint et al., Med Sci Sports Exerc 1989 · 记忆

浮力在髋部和双腿最有用，而肩部需要灵活性来完成划水。

来源：Chatard & Millet, Sports Med 1996 · 记忆

光滑的涂层可减少皮肤摩擦并排水。

来源：Chatard & Millet, Sports Med 1996 · 记忆

过紧的泳衣会阻碍胸廓扩张，增加水中呼吸的负担。

来源：Chatard & Millet, Sports Med 1996 · 记忆

颈部或手腕处密封不严会让水流入循环，使游泳者体温下降并增加阻力。

来源：Chatard & Millet, Sports Med 1996 · 记忆

在冷水中有帮助的保温层，在温水中会把热量困住，在高强度用力时有过热的风险。

来源：Chatard & Millet, Sports Med 1996 · 记忆

节省的力随速度增加，不过较弱的游泳者因为身体位置的缘故，节省的时间更多。

来源：Toussaint et al., Med Sci Sports Exerc 1989 · 记忆

去掉袖子可减少对肩部的束缚；浮力最重要的双腿部分仍被覆盖。

来源：Chatard & Millet, Sports Med 1996 · 应用

2008—09年，数十项世界纪录在聚氨酯泳衣中被打破，促使FINA把泳衣限制为纺织面料。

来源：FINA Requirements for Swimwear Approval (2010) · 记忆

低透气性的面料块增加了浮力，并把身体挤压成更流线型的形状。

来源：FINA Requirements for Swimwear Approval (2010) · 记忆

获批的泳衣必须为纺织面料；男子泳衣从腰部到膝盖，女子泳衣从肩部到膝盖。

来源：FINA Requirements for Swimwear Approval (2010) · 记忆

速干泳衣是穿在比赛服外面的低摩擦纺织泳衣，用于在不穿防寒泳衣的游泳中减小阻力。世界铁联允许分龄组运动员在所有赛事中穿着，而在标准距离及更短的比赛中，禁止精英组、U23组、青年组、少年组和残疾运动员穿着。

来源：World Triathlon Competition Rules (2025) · 记忆

速干泳衣必须为纺织面料，不得含氯丁橡胶，因此无法提供浮力。

来源：World Triathlon Competition Rules (2025) · 记忆

牢牢束住软组织可使轮廓更平滑，减少尾流和振动。

来源：FINA Requirements for Swimwear Approval (2010) · 记忆

疏水面料排水，可降低摩擦，并避免泳衣吸水变重。

来源：FINA Requirements for Swimwear Approval (2010) · 记忆

审批测试会测量厚度、浮力和透气性等特性。

来源：FINA Requirements for Swimwear Approval (2010) · 记忆

速干泳衣在水中阻力更低，并在转换区脱下。

来源：World Triathlon Competition Rules (2025) · 应用

任何有浮力的材料都可能使这件衣服成为防寒泳衣，而在不允许穿防寒泳衣时是被禁止的。

来源：World Triathlon Competition Rules (2025) · 应用

向后推水，会对游泳者产生一个大小相等、方向相反的力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

Counsilman应用了伯努利原理，认为手像水翼一样工作，产生升力。

来源：Counsilman, Biomechanics in Swimming symposium (1971) · 记忆

研究表明，推进力主要来自手和前臂上的阻力，另有一部分来自升力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

有些功被浪费在把水推向周围；推进效率就是其中有用的那一部分。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

研究发现，打腿使速度增加约10%；它的主要作用是维持身体位置和平衡。

来源：Deschodt et al., Eur J Appl Physiol 1999 · 记忆

较早垂直的前臂向后的面积更大，从而增加推进力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

更大的表面推动更多的水，增加通过肩部传递的力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

当手是加速水而不是抓住水时，用于推动身体的力就更少。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

力在划水时达到峰值，在移臂时下降，因此速度在每个周期中起伏。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

由于阻力随速度急剧上升，加速又要做功，所以更平稳的速度更省力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 应用

用绞盘或牵引绳拉动流线型姿势的游泳者，并记录所需的力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

“测量主动阻力”系统使用带有力传感器的水下垫板，来估算游泳时的阻力。

来源：Hollander et al., Int J Sports Med 1986 · 记忆

拴在固定系绳上、带力传感器游泳，可在不前进的情况下测得推进力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

原地游泳会改变划水力学并消除阻力，因此只能部分预测自由游泳。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

游泳者在带与不带一个小型流体动力学物体的情况下冲刺；速度的变化可得出主动阻力。

来源：Kolmogorov & Duplishcheva, J Biomech 1992 · 记忆

身上的加速度计和陀螺仪记录划水阶段、转体和速度变化。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

手臂和双腿既产生推进力，也产生阻力，因此要把两者分开，需要间接的方法。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

水下视角能显示在池边看不到的东西，例如手的路径和髋部高度。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

牵引速度翻倍，阻力大约变为4倍。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

在用力程度和划频保持不变的情况下，更快的时间或每次划水更长的距离，表明阻力更小。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 应用

在脚后0—50厘米处游泳，使被动阻力降低了约21%。

来源：Chatard & Wilson, Med Sci Sports Exerc 2003 · 记忆

在大约髋部高度的侧向尾随，阻力降低的幅度小于正后方。

来源：Chatard & Wilson, Med Sci Sports Exerc 2003 · 记忆

在相同速度下，尾随降低了摄氧量、血乳酸和主观用力程度。

来源：Chatard & Wilson, Med Sci Sports Exerc 2003 · 记忆

在低速和湍流尾流的情况下，游泳者身后的遮挡效果不那么完整。

来源：Chatard & Wilson, Med Sci Sports Exerc 2003 · 记忆

非常贴近时益处最大，并随距离迅速减弱。

来源：Chatard & Wilson, Med Sci Sports Exerc 2003 · 记忆

以相同的速度、更小的用力程度游泳，可以减少带入后续项目的疲劳。

来源：Delextrat et al., Med Sci Sports Exerc 2003 · 记忆

在游泳中尾随的铁人三项运动员，之后的骑行效率比单独游泳后更好。

来源：Delextrat et al., Med Sci Sports Exerc 2003 · 记忆

出色的领游者能确定路线，减少跟游者抬头定向的次数。

来源：Chatard & Wilson, Med Sci Sports Exerc 2003 · 应用

跟在较慢的游泳者身后可以节省能量，但总体上可能耗费时间。

来源：Chatard & Wilson, Med Sci Sports Exerc 2003 · 应用

禁止尾随的规则适用于自行车赛段；游泳者可以在水中尾随。

来源：World Triathlon Competition Rules (2025) · 记忆

朝逆流方向瞄准（提前量角度）可抵消漂移，使实际路径笔直地通向目标。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 记忆

路径长度与1/cos(10度)成比例，约为1.015，因此大约多出1.5%。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 应用

偏离会增加路程，纠正会打乱节奏，因此小的误差在长距离游泳中会不断累积。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 记忆

手臂每次入水时手表都会失去信号，因此轨迹是在两次定位之间估算的。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 记忆

装在泳帽下，它比腕戴设备更持续地暴露在天空下。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 记忆

逆流时，对地速度会减去水流的速度。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 记忆

缓慢的逆流段比快速的顺流段持续的时间更长，因此净效果是总用时变慢。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 记忆

潮流在比赛时段内可能增强或反向，从而改变最佳路线。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 记忆

热身时浮标、水草或游泳者的移动，可以显示水流的方向和强度。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 记忆

在会把游泳者推离路线的条件下，更频繁地抬头定向可以在漂移增加距离之前发现它。

来源：Bowditch, American Practical Navigator (2019) · 应用

船体速度随长度的平方根上升，因此身材更高的游泳者在更高的速度下才遇到兴波阻力的陡增。

来源：Vennell, Pease & Wilson, J Biomech 2006 · 记忆

在船体速度下，艏波波长与身体长度相当，阻力急剧上升。

来源：Vennell, Pease & Wilson, J Biomech 2006 · 记忆

双手叠放并把头夹在两臂之间，可使迎风面积和压差阻力降到最小。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

抬头会使身体倾斜，导致双腿下沉，阻力增加。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

剃毛后，游泳者在相同速度下血乳酸更低，每次划水的距离也更好。

来源：Sharp & Costill, Med Sci Sports Exerc 1989 · 记忆

翻转到侧面，可在划水的某些阶段减小面向水的横截面。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

双腿向身体线条之外张开，会增加迎风面积和湍流。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

更长的杠杆和更大的表面有助于抓住水，并使每次划水前进更远。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

反射的水波会增加湍流；吸波泳道线可在快速泳池中减少这种情况。

来源：Vennell, Pease & Wilson, J Biomech 2006 · 记忆

转体呼吸时让一只泳镜留在水中，可保持身体线条和髋部抬高。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 应用

水中的阻力非常大，以至于游完一公里所消耗的能量是跑完这一公里的数倍。

来源：di Prampero et al., J Appl Physiol 1974 · 记忆

能量消耗是代谢能量除以距离，反映阻力和效率。

来源：di Prampero et al., J Appl Physiol 1974 · 记忆

由于阻力随速度的平方上升，速度越高，每米消耗的能量上升得越急剧。

来源：di Prampero et al., J Appl Physiol 1974 · 记忆

游泳的经济性在很大程度上取决于技术，远比跑步更甚。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

在有氧能力相同的情况下，阻力和推进效率的差异决定了游泳速度。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 应用

以手臂为主的做功在水平、浸入水中的姿势下，达到的峰值摄氧量较低。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

在给定速度下，每划一次前进距离更远的游泳者往往更省力。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 记忆

防寒泳衣可减小阻力，因此每游一米所需的代谢能量更少。

来源：Chatard & Millet, Sports Med 1996 · 记忆

技术改进能降低阻力、提高推进效率，不需要更高的有氧功率就能提升速度。

来源：Toussaint & Beek, Sports Med 1992 · 应用

游泳消耗更少，能为更长的自行车赛段和跑步赛段留下更多糖原、减少疲劳。

来源：Delextrat et al., Med Sci Sports Exerc 2003 · 应用