“游泳健身了解一下伐？”夏天慢慢逼近，冬天存的脂肪就要藏不住了。为了美美地迎接夏天，许多人选择游泳作为瘦身运动。
回忆起我最初学游泳的时候，教练是先从蛙泳开始教。慢慢的，蛙泳已经满足不了我，于是我自行解锁了仰泳、自由泳等其他泳姿。不同泳姿之间的差距还是蛮大的：有些轻松就能入门，有些则要花点功夫；有些更费腿，有些则更费手臂。
这些泳姿是怎么发展而来的，什么造成了不同泳姿在体验上的差别，泳姿技术中蕴含哪些力学原理，今天我们就来聊一聊泳姿。
说一说你的入门泳姿是哪一种吧！
图源：sohu.com
不同泳姿的发展历程
现代竞技游泳分为蛙泳、蝶泳、爬泳（自由泳）、仰泳这四个泳姿。
蛙泳，是一种古老的泳姿，没有人能说清楚它具体发源于什么时候。早在石器时代的壁画上，就能看到类似于蛙泳姿势的描绘。顾名思义，蛙泳很像青蛙的游泳方式，尤其是蹬腿-收腿的动作。
早在石器时代人类就已经会蛙泳了
图源：Bradshaw Foundation
在一些波涛汹涌的野外环境，蛙泳就十分合适。比如，1875年，英格兰人Matthew Webb成为有记载以来首位游泳横渡英吉利海峡的人，他采用的正是蛙泳姿势。
蛙泳
图源：britannica.com
蝶泳，可以说是由蛙泳发展而来。在20世纪30年代，游泳运动员和教练注意到，当收回手臂时，如果把手抬出水面，而不是像蛙泳一样保持在水下，会游得更快。于是，蝶泳的手臂动作便被创造出来。Henry Myers成为首个在整个比赛中使用这一动作的运动员。
不久之后，David Armbruster和Jack Sieg发展了著名的“海豚腿”动作——双腿并拢并像鱼尾一样上下移动。将海豚腿与手臂动作结合，便形成了蝶泳。
蝶泳
图源：britannica.com
最初，蝶泳的姿势被很多运动员用在蛙泳比赛中。但这比传统的蛙泳快得多，就有些不公平了。于是到了1952年，国际泳联将蝶泳划分为一种独立的泳姿，并建立了一套专门的规则。
爬泳的源头众说纷纭。据说，在19世纪伦敦举行的一场游泳比赛中，被邀请来的两个印第安人采用手脚拍打水面的姿势赢得了比赛。这种姿势与当时欧洲常用的蛙泳完全不同，震惊了在场的观众。太平洋群岛的土著们也会采用这种姿势游泳。澳大利亚人Dick Cavill受到这些启发，进一步发展了爬泳的姿势。随后，爬泳在全世界迅速流行开来。
爬泳（自由泳）
图源：britannica.com
如今的自由泳比赛中，运动员其实可以采用任意泳姿进行比赛。但由于爬泳这种姿势被证明是最快的，所以被绝大多数运动员使用。因此，我们通常也将自由泳与爬泳等同看待。
仰泳是从爬泳分出来的一个泳姿。它是现代竞技游泳中唯一躺着游的泳姿，也是唯一在水里出发的泳姿。最初，运动员仰泳时采取的是直臂姿势。直到20世纪30年代，澳大利亚运动员开始在仰泳时弯曲手臂，仰泳的速度得以提升。
仰泳
图源：britannica.com
你的入门泳姿是哪一种？
很多人的入门泳姿都是蛙泳，这是为什么呢？
蛙泳采用的是正面抬头呼吸。这与我们在陆地上的呼吸方式接近，而且可以把头抬出水面，从而更自如地换气。对于新手来说，在水里常因为不能换气而感到恐惧，这是非常不利的，因此，蛙泳能较快地帮助新手找到游泳时换气的感觉。
并且，蛙泳时手脚是左右对称地做动作，这使身体容易在水中保持平衡。此外，蛙泳动作之间有一段滑行间隙，可以让新手快速找到节奏，建立起肢体的协调性，也不太容易感到疲乏。
泳姿技术中的力学原理
我们在游泳过程中，大多数力气都花在与阻力作斗争上。在空气或水等流体中，物体运动时受到的阻力F可以通过下列公式描述：
其中，ρ为流体的密度；S为物体在垂直于运动方向的投影面积（空气中是迎风面积，水中是阻水面积）；v是运动的速度；C是阻力系数，和物体的整体形状与表面性质有关。
水的密度远远大于空气的密度，有着接近800倍的差距。所以，相同速度下，在水中运动要比在陆地上运动费力许多。游泳的最高速度，也远比短跑、自行车等陆地运动低。
我们在学游泳时，教练会告诉我们要打平身子，这样才游得快。这也反映在上面这个阻力公式中。身子越是呈水平姿态，和前进方向形成的投影面积就越小。这意味着公式中的S越小，那么水对我们前进产生的阻力也就更小。所以，对于不同的泳姿来说，调整姿态以尽可能地缩小身体在前进方向上的投影面积，都是提升速度的重要诀窍。
躺平才能阻力小嘛~~~
图源：作者绘制
例如，在蛙泳中，向前收腿时，大腿不要收得太多，且让小腿藏在大腿后面，这样可以有效减少身体前进时受到的向后阻力。
反过来，当向后蹬腿时，如果将脚外翻，和水形成较好的角度，就能增大对水的投影面积，从而产生更大的阻力。这个阻力的方向是向前的，所以能起到更好的推进效果。
图源：zhihu.com
即使物体的阻水面积都相同，形状上的差异也会造成阻力上的巨大差别。反映在上面的阻力公式中，就是阻力系数C的不同。各种形状中，流线型物体的阻力系数最小。比如，金枪鱼、海豚、鲨鱼等水里的“高速列车”，都拥有流线型的优美身躯。
不同形状的阻力系数，其中流线型（倒数第二个）最小
图源：x-engineer.org
所以，在游泳时要保持身体的平直和一定的紧张度，让自己尽可能接近一个流线型。比如，爬泳（自由泳）在打腿的时候需要伸直脚面。如果勾着脚，则会破坏身体的流线型，在身后产生大面积的漩涡，从而增大阻力。因此就有了自由泳费腿的说法。
打腿是练习自由泳的重要技术环节
图源：sohu.com
从阻力公式力我们还可以看出，阻力和速度的平方成正比。
也就是说，速度变为2倍，阻力是变为4倍；速度变为4倍，则阻力变为16倍！
这说明在水中的动作不是越快越有效。一些向前的动作，比如蛙泳的向前伸臂和收腿，则不能操之过急，否则将带来阻力的大幅上升，自身体力也会迅速下降。游泳也是“心急吃不了热豆腐”哦~
看完今天这篇文章，是不是燃起了去游泳锻炼的念头呢！希望这一点点力学原理，能让你的泳姿更加轻松自如！
作者：危安然，应用工程师，上海交通大学力学博士
编辑：He Huizi
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
如需转载请联系原公众号
来源：上海科技馆
编辑：见欢
1.2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
