游泳与流体力学 ppt课件

粘滞 性
密度
水的 特性
流动 性
不可 压缩
• 手向侧后下方划水产 生前上方的推进力
• 小腿外翻后向后蹬夹 水产生向前推进力
• 水的粘滞 • 身体前方水对身体阻力
✓头肩部受到水的阻力 ✓收腿时，大腿受到水
的阻力
1978年 国际第三届游泳生物力学讨论会
升力系数 手掌后掠角度 手掌倾斜角度
主动阻力 ������������ = ������ൗ������ ������������ ∙ ������ ∙ ������ ∙ ������������
人体的骨骼器官密度比水的密度要大50％，肌组织和体液的密度 也略高于水的密度，而脂肪与充气的肺叶的密度则小于水的密度
人的胸廓与肺器官可通过气体交换有节律性地改变人的平均密度 吸气后体积变大，密度变小，约为0.96~0.99 g/������������������ 呼气时体积减小，密度加大，约为1.02~1.05 g/������������������
其中：
������������为主动阻力 ������������为流体动力力量系数，跟泳姿有关 P为水密度 S为身体在速度垂直面上投影面积 V为相对水流速度 重要因素是: 一是收腿时对水形成的截面; 二是收腿速度
注意：
一手型；二大腿收腿速度；三小腿位置
• 从������������入手
脚外翻时,尽量使脚外翻
• 受呼吸制约的漂浮者
一个人当他吸气后身体可飘浮起来，当他呼气后身体就沉下去。
• 天然的漂浮者
无论吸气、呼气、胸廓扩张与否均不影响漂浮。这一类人身体器 官组织低密度成分的百分比高于常人，典型人群为肥胖的女性。
• 天然的下沉者
身体密度高于常人，这一类人多见于代谢水平高、皮下脂肪沉着

蛙泳腿
划水阶段分析
1978年 国际第三届游泳生物力学讨论会
升力系数 手掌后掠角度 手掌倾斜角度
6
蛙泳腿
划水阶段分析
7
蛙泳腿
划水阶段分析
8
蛙泳腿
收腿阶段分析
9
蛙泳腿
蹬夹水阶段分析
10
11
水的粘滞性
• 定义
抵抗两层流体相对滑动或剪切变形的性质
• 成因
分子间相互吸引作用，在流体力学中称为“内聚力”
• 影响
水对人有附着力
运动慢的流层对运动快的流层施以阻滞力
水对运动中人有阻力
12
水的密度
13
水的流动性
•利
人体相对自由
•弊
人在水中得不到固定支撑 大部分动作冲量都转移到水的 流动上去 人的动作冲量被流体的流动性 所吸纳、抵耗与分散 难以在水中爆发式用力
14
水的不可压缩性
• 水在每增加一个大气压时仅缩小1／20000 • 人下水后排开水，下表面入水更深，压强更大，产
游泳
与
流体力学
3100101267夏懿
1
2012 LONDON
男子400米自由泳 男子1500米自由泳
2
3
4
蛙泳腿
推进力
• 手向侧后下方划水产 生前上方的推进力
• 小腿外翻后向后蹬夹 水产生向前推进力
阻力
• 水的粘滞 • 身体前方水对身体阻力
✓头肩部受到水的阻力 ✓收腿时，大腿受到水
的阻力
5
生的压力更大，上下表面的压力差构成浮力 • 水的不可压缩性产生的综合效应是给予物体浮力
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流体力学与游泳的关系
流体力学原理在游泳中起着至关重要 的作用，如阻力、升力和推进力等。
掌握流体力学知识有助于优化泳姿、 提高速度和减少阻力，从而提升游泳 表现。
学习目标
了解流体力学的基本 原理及其在游泳中的 应用。
通过实践案例分析， 培养解决实际问题的 能力。
掌握不同泳姿的力学 特点和优化技巧。
水中的阻力
阻力是阻碍游泳者前进的力量， 主要来源于水的摩擦力和惯性。
阻力的大小与物体的形状、速度 和介质有关。
优化身体姿势和速度可以提高游 泳效率，减少阻力。
流线型姿势的重要性
流线型姿势是指身体在水中呈现 出流畅、平滑的曲线，有助于减
少阻力。
保持身体平直、放松，使身体与 水流的摩擦力最小化，降低阻力
02
流体力学基础
流体的特性
01
02
03
连续性
流体质点没有明显界限， 在空间上连续分布。
流动性
流体可以任意改变形状和 大小，并沿一定方向流动 。
不可压缩性
流体的密度在正常温度和 压力下几乎为常数。
流体静力学
静止流体中的压力分布
研究流体静止时压力的变化规律和计算液体对承受压力的物体的作用力。
流体静压力的基本方程
p = p0 + gh，其中p为某点压力，p0为参考压力（大气的压力），g为重力加 速度，h为该点到液面的高度。
流体动力学
流体运动的基本概念
研究流体运动规律、能量传递和转换 的科学。
流体运动的分类
按运动状态可分为层流和湍流；按运 动方向可分为一维、二维和三维流动 。
伯努利方程
伯努利方程的表述
流体在重力场作稳定流动时，若 重力势能减少，动压头增大，静 压头减小；反之亦然。

1) 柏努利方程式说明理想流体在管内做稳定流动，没有
外功参加时，任意截面上单位质量流体的总机械能即动能、
位能、静压能之和为一常数，用E表示。
即：1kg理想流体在各截面上的总机械能相等，但各种形式的机
械能却不一定相等，可以相互转换。
2) 对于实际流体，在管路内流动时，应满足：上游截面处的总机械能大于下游截面
p g 1z12 u 1 g 2W g ep g 2z22 u g 2 2g hf
JJ
kgm/s2
m N
流体输送机械对每牛顿流体所做的功
令
HeW ge,
Hf ghf
p g 1z12 u 1 g 2H ep g 2z22 ug 2 2 H f
静压头
位压头
动压头 泵的扬程（ 有效压头） 总压头
处的总机械能。
22
3)g式中z各、项 的2u 2物、理 意p 义处于g 某Z 个1 截u 2 1 面2上的p 1流 W 体e本 身g Z 所2具u 有2 22 的 能p 量2 ; hf
We和Σhf： 流体流动过程中所获得或消耗的能量〔能量损失〕;
We：输送设备对单位质量流体所做的有效功;
Ne：单位时间输送设备对流体所做的有效功，即有效功率;
u2 2
u22 2
u12 2
p v p 2 v 2 p 1 v 1
Ug Z 2 u2 pQ eW e
——稳定流动过程的总能量衡算式 18
UgZ 2 u2pQ eW e
2、流动系统的机械能衡算式——柏努利方程
1) 流动系统的机械能衡算式〔消去△U和Qe 〕
UQ'e vv12pdv热力学第一定律
26
五、柏努利方程应用
三种衡算基准

g
g
2g
水头
，
z
p
g
v2
2g
总水头， hw 水头损失
第二节 热力学第一定律——能量方程
水头线的绘制
总水头线
hw
对于理想流体，总水
1
v12 2g
2
v22 2g
头线是沿程不变的，
测压管水头线
p2
为一水平直线，对于
g
实际流体，总水头沿 程降低，但测压管水
p1 g
头线沿程有可能降低、
z2
不变或者升高。
z1
v2 A2 e2
u22 2
gz2
p2
v1A1 e1
u12 2
gz1
p1
微元流管即为流线，如果不 可压缩理想流体与外界无热 交换，热力学能为常数，则
u2 gz p 常数
2
这个方程是伯努利于1738年首先提出来的，命名为伯努利 方程。伯努利方程的物理意义是沿流线机械能守恒。
第二节 热力学第一定律——能量方程
皮托在1773年用一根弯成直角的玻璃管，测量了法国塞纳河 的流速。原理如图所示，在液体管道某截面装一个测压管和 一个两端开口弯成直角的玻璃管（皮托管），皮托管一端正 对来流，一端垂直向上，此时皮托管内液柱比测压管内液柱 高h，这是因为流体流到皮托管入口A点受到阻滞，速度降为 零，流体的动能变化为压强势能，形成驻点A，A处的压强称 为总压，与A位于同一流线且在A上游的B点未受测压管的影 响，其压强与A点测压管测得的压强相等，称为静压。
第四章 流体动力学
基本内容
• 雷诺输运公式 • 能量方程 • 动量方程 • 流体力学方程应用
第一节 雷诺输运方程
• 前面解决了流体运动的表示方法,但要在流 体上应用物理定律还有困难.

➢ 10.多人横队手拉手水中行走； ➢ 11.多人手拉手围圈水中站立，左右旋转移动；
➢ 12.多人手拉手围圈站立，分别交替将头没入水
中闭气。
第一节小结
➢ 通过以上练习，学员如果能够比较自 如地掌握了在有扶持的状态下进行吸气、 闭气、呼气等呼吸动作，并不再有惊慌、 恐惧等表现，就可以认为基本克服了怕水 心理。这时就可以进行下一步教学了。
➢ 但教学过程中一定要注意安全，注意 区别对待，对那些相对进展较慢的学员要 多加关注。并在关注个别学员时不要忽略 了其他学员的状况，以免出现安全事故。
本章小结及注意事项
➢ 通过以上练习，学员应该能够基本掌握水中 平衡能力，在需要时能够顺利起立，以保证呼吸， 从而处于安全状态，并且能够自如地在水中向不 同方向移动，躲避碰撞，至此可以认为学员已经 完成了熟悉水性的教学过程，为下一步学习游泳 技能奠定了基础。
➢ 在下一步教学中还应该注意每次课前 要复习以上练习，以巩固教学效果。必要 时还可以布置家庭作业，要求学员在家中 利用盛水的器皿进行闭气练习。
第二节水中平衡练习
➢ 水中平衡是在水中达到动作自如的基 本保证，还是初学者在水中保障安全的基 本能力。辅导员在应高度重视水中平衡的 练习和教学。并在教学中注意观察学员掌 握平衡能力的程度。对相对掌握较慢的学 员要给以更多的关怀和诱导。只有这样才 能帮助这类学员更好地克服怕水心理。从 而保证学员的安全下一步教学的顺利进行。
游泳
前言
➢ 随着我国改革开放的深入发展，国民经济 的日益增长，人民生活水平质量的提高，游泳 活动作为一项广大群众喜闻乐见的体育健身项 目受到越来越多的人关注参与。尤其是少年儿 童，其天性使然加之受到越来越多的家长的支 持，参加游泳活动的人数和热情远远高于其他 人群。

25
3、蹬腿动作是基础
能否学会蛙 泳，蹬腿效果起 到了决定性的作 用。(蛙泳的蹬 腿＝发动机)
蛙泳蹬水效
果的好坏，很大
程度上取决于翻
脚的技术。
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4、蛙泳的学习流程
水中 闭气
鼻子 呼气
连续 呼吸
水面 漂浮
漂浮 站立
蹬壁 滑行
扶板蹬腿 配合呼吸
腿部 模仿
扶边 蹬腿
滑行 蹬腿
扶板பைடு நூலகம்蹬腿
通过长游 巩固提高
n 抽筋时要保持镇静，不可惊惶失措。一般可用“ 反向拉伸”的办法将抽筋的肌肉拉长，拍打揉捏
抽筋部位使之松驰。轻微的抽筋经此处理一般即 可缓解。发生抽筋后一般应就近上岸休息，抽筋 严重的应及时呼救。
14
1.手指抽筋
游泳时手指抽筋较常见。抽筋时可 将抽筋之手握成拳，然后用力张开，重 复数次即可缓解。
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体前倾，肩部浸入水，划水时要用力，移臂时放松。
开始时可先单臂练习，一开始划水可分为： 1.入水、
2.抱水、 3.划水、 4.空中移臂，四段练习，然后缩
短为两段练习：即1.抱水划水、 2.移臂入水。移臂
时宜强调肘高于手，并由单臂逐渐过渡到双臂连贯
练习，也可做臂和呼吸的配合练习。
36
四、水中滑行打水练习：吸气后蹬边，缩小腹， 身体尽量伸展，腰背保持适当张力，头夹于两臂之间 成流线型，滑行后开始打水。
4.出水后，手臂自然、放松地经空中向前移臂，保 持高肘姿势。然后手在肩前领先入水，开始下一个动 0。
1.手臂在水下成曲线划 水路线，从侧面看，手 相对于身体的划水轨迹 为“S”形。 2. 自由泳两臂配合有前 交叉配合、中交叉配合、 和后交叉配合3种基本 形式。本图为前交叉形 式，为初学者比较容易 掌握的方式。

对于定常无旋运动，式（4－3）括弧内的函数
不随空间坐标ｘ，ｙ，ｚ和时间ｔ变化，因此
它在整个流场为常数。精选课件
10
U p V2 C
2
(通用常数)
对于理想、不可压缩流体、在重力作用下的 定常无、旋运动，因Ｕ＝－ｇｚ，上式可写成
p V2
z
C
(通用常数)
2g
上式为上述条件下的拉格朗日积分式，Ｃ在
整个流场都适用的通用常数，因此它在整个流场
建立了速度和压力之间精的选课件关系。
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若能求出了流场的速度分布（理论或实验的 方法），就能用拉格朗日积分式求流场的压力分 布，再将压力分布沿固体表面积分，就可求出流 体与固体之间的相互作用力。
应用拉格朗日积分式，可解释许多重要的物
理现象：如机翼产生升力的原因；两艘并排行
U 2
2
g
近似代替 20
适用于有限大流束的伯努利方成为：
z p U2 const
2g
或
z1p1U 21g2 z2p2
U22 2g
方程适用条件：
（13） （14）
（１）理想流体，定常流动；
（２）只有重力的作用；
（３）流体是不可压缩的；
（4）１.２截面处流动须是渐变流。但1.2两断
面间不必要求为渐变流精动选课件。
驶而又靠得很近的船舶为什么会产生互相吸引
的“船吸现象”；以及在浅水航道行驶的船舶为
什么会产生“吸底现象”等等。
精选课件
12
讨论： 1. 如果理想、不可压缩流体作定常、无旋流
动且只有重力作用时，同一水平面上的两 点，其速度和压力的关系如何？ 2. 两艘并排行驶而又靠得很近的船舶为什么会产 生互相吸引的“船吸现象”。

〈1〉温度升高，液体的粘度减小（因为T上 升，液体的内聚力变小，分子间吸引力减 小；）
〈2〉温度升高，气体的粘度增大(气体的内 聚力很小，它的粘滞性主要是分子间动量 交换的结果。当T上升，作相对运动的相邻 流层间的分子的动量交换加剧，使得气体 的粘度增大。)
流体力学基本知识
6
三、流体的压缩性和热胀性
一、流体运动的基本概念
（一）压力流与无压流 1.压力流：流体在压差作用下流动时，流体 整个周围都和固体壁相接触，没有自由表 面。 2.无压流：液体在重力作用下流动时，液体 的部分周界与固体壁相接触，部分周界与 气体接触，形成自由表面。
流体力学基本知识
14
（三）流线与迹线
1.流线：流体运动时，在流速场中画出某时 刻的这样的一条空间曲线，它上面所有流 体质点在该时刻的流速矢量都与这条曲线 相切，这条曲线就称为该时刻的一条流线。
流体力学基本知识
26
四、沿程阻力系数λ和流速系数C的确定
沿程阻力系数λ 是反映边界粗糙情况和流态 对水头损失影响的一个系数。1933年尼古 拉兹表发表了其反映圆管流运情况的实验 结果，得出了一些结论：
1.层流区 2.层流转变为紊流的过渡区 3.紊流区
流体力学基本知识
27
（一）沿程阻力系数λ的经验公式 1.水力光滑区 2.水力过渡区 3.粗糙管区
2.迹线：流体运动时，流体中某一个质点在 连续时间内的运动轨迹称为迹线。流线与 迹线是两个完全不同的概念。非恒定流时 流线与迹线不相重合，在恒定流时流线与 迹线相重合。
流体力学基本知识
15
（二）恒定流与非恒定流
1.恒定流：流体运动时，流体中任一位置的 压强，流速等运动要素不随时间变化的流 动称为恒定流动。

流体粘性
流体抵抗剪切力的性质，粘性大小与流体的种类和温度有关。
流动模型
根据流体的粘性和流动特性，建立各种流动模型，如层流、湍流等。
06
流体力学在工程中的应用
流体输送与管道设计
总结词
流体输送与管道设计是流体力学在工程 中的重要应用之一，主要涉及流体在管 道中的流动规律和设计原则。
VS
详细描述
在工业生产和城市供水中，需要利用流体 力学的原理进行管道设计和流体输送，以 实现高效、低能耗的流体传输。管道设计 需要考虑流体的流速、压力、粘度等参数 ，以及管道的材质、直径、长度等因素， 以确保流体输送的稳定性和可靠性。
流体力学的发展历程
要点一
总结词
流体力学的发展历程及重要事件
要点二
详细描述
流体力学的发展历程可以追溯到古代，但直到17世纪才真 正开始形成独立的学科。在17世纪到20世纪期间，许多科 学家和工程师为流体力学的发展做出了重要贡献，如伯努 利、欧拉、斯托克斯等。随着科技的发展，流体力学在理 论和实践方面都取得了巨大的进步，为人类社会的进步和 发展做出了重要贡献。
3
流体流动的连续性原理
在流场中任取一元流管，流进和流出该元流的流 量相等。
流体流动的能量传递与转换
压力能传递
流体在流动过程中，压力能可以传递给其他流体 或转化为其他形式的能量。
动能转换
流体的动能可以转换为其他形式的能量，如压能 、热能等。
热能传递
流体在流动过程中，可以与周围介质进行热能交 换，实现热量的传递。
流体流动的阻力与损失
摩擦阻力
流体在管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的粗糙度，会产生 摩擦阻力。
局部阻力
流体在通过管道中的阀门、弯头等局部构件时，会产生局部阻力。