游泳的原理?

時間 2021-05-31 01:04:56

1樓:周公好兄弟

人類游泳是在做週期性往復運動,不論什麼泳姿最後人都要回到初始姿態。游泳的原理是慣性+高雷諾數環境。游泳時在水面附近不是因為只有這樣才能遊,而是在水面附近遊最有效率

其實 @淺斟低唱 已經解釋很清楚了,我補充一點細節。

對於完全浸沒在液體中的游泳,或者說潛泳,考慮無量綱化的不可壓縮流體NS方程(以下各項都是無量綱化過的量):

低雷諾數意味著粘滯力遠大於慣性的效應。在低雷諾數下NS方程右手邊第二項會非常大,使得左手邊的慣性項可以近似為0。在這種情況下NS方程化為斯托克斯方程。

所以在低雷諾數環境下運動,即使你初速度很大,也會在極短的時間內因為粘滯力停止,位移近乎為0。此時你的位移僅僅取決於你用力的過程。

游泳三個步驟是1.踩水/撥水 2.滑行 3.

回覆到初始姿態。低雷諾數下步驟2.滑行是幾乎無效的。

而步驟3.回覆初始姿態不僅會讓你姿態回覆,也會讓你位置回覆到原位置。因為你為了回覆到初始姿勢,所用的力是和步驟1完全反向等效的。

因此在低雷諾數下無法「游泳」。這個內容就是Purcell的扇貝定理。在較高的雷諾數下,由於可以滑行和快速復位,因此往復的游泳動作使得人可以向前行進。

以上說明游泳的原理是慣性+高雷諾數環境

而液面附近游泳,可以將步驟3.回覆初始姿態這個過程的一部分(例如手臂)在更高雷諾數的空氣中完成,受到的阻力更小。這樣即使在低雷諾數下(游泳效率近似為0),也可以完成游泳的運動。

以上解釋了為什麼在水面附近遊最有效率

2樓:淺斟低唱

游泳時,人週期性的自身的運動,等效於週期性的改變慣性張量,這將會在外部導致乙個靜的平移和乙個等效的浮力。

見[1] Life at low Reynolds number.

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