流体力学在游泳池的运用 - 同济大学材料科学与工程学院

合集下载

教学大纲-流体力学

教学大纲-流体力学

《流体力学》教学大纲课程编号:081082A课程类型:专业基础课总学时:32 讲课学时:32 实验(上机)学时:0学分:2适用对象:安全工程先修课程:高等数学、大学物理、工程力学一、课程的教学目标通过本课程的教学与实践,使学生具备下列能力:目标1:掌握流体运动的一般规律和有关的概念,基本理论、分析方法、计算方法,并能在工程应用中熟练适用。

目标2:掌握流体静力学、流体动力学的基本原理和基本方程,能在解决复杂工程问题时熟练运用,注重学生分析问题和解决问题能力的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养。

二、课程教学与毕业要求的对应关系2、课程教学过程与毕业要求的对应关系四、教学内容第一章绪论(1.2、2.1)1.1 概述流体力学定义、任务、研究方法;学习流体力学的意义;流体力学的发展简史1.2 流体的连续介质模型1.3 流体的主要物理性质惯性、重力特性、粘性、压缩性。

液体表面张力;表面张力系数,量纲,单位;毛细现象1.4作用在液体上的力课程的考核要求:了解流体力学研究任务、研究方法,理解连续介质假设,熟悉流体的主要物理属性,掌握流体力学对力的分类方法。

教学重点、难点:教学重点内容包括连续介质假设的内容,引入假设的优点;流体的粘性及牛顿内摩擦定律;作用于流体上的力。

第二章流体静力学(1.2、2.1)2.1 静止流体的应力特征压强定义;静止流体压强特性2.2静止流体的平衡微分方程欧拉平衡微分方程;欧拉平衡微分方程综合表达式;等压面2.3重力作用下的液体的压强分布水静力学基本方程;有关压强的基本概念2.4作用于平面上的静水总压力大小;方向;压力中心2.5作用于曲面上的静水总压力水平分力;铅垂分力,压力体;总压力;压力中心课程的考核要求:熟悉静水压强的两个特征;熟悉相对压强、绝对压强、真空压强的定义与相互关系;熟悉等压面的概念及等压面的特性;灵活运用水静力学基本方程及等压面概念求解静止流体中任一点的压强;会画静水压强分布图及压力体图;掌握平面及曲面静水总压力的计算方法教学重点、难点:静水压强分布图的绘制;平面上静水总压力的计算;曲面静水总压力的水平分力的压强分布图画法及其计算;曲面静水总压力的铅垂分力的压力体图画法及其计算。

材料科学与工程专业《流体力学》课堂教学改革初探

材料科学与工程专业《流体力学》课堂教学改革初探

材料科学与工程专业《流体力学》课堂教学改革初探作者:段广彬,刘宗明,赵蔚琳,付兴华来源:《教育教学论坛》2013年第48期摘要:根据材料科学与工程专业的课程设置与流体力学课程内容的特点,结合本专业的教学实践与教学现状,从改革教学方法、提升教学效率等方面对适合于本专业流体力学教学改革进行了探讨。

指出通过提高课堂教学效率、重视工程实践等策略,充分激发学生对本课程的学习兴趣,优化学习效果。

关键词:材料科学与工程专业;流体力学教学;实验教学中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)48-0039-02流体力学是一门研究流体的受力与运动规律的严密科学,是一门材料科学与工程专业中理论性和实践性都较强的专业基础课程。

在流体力学的教学过程中,涉及到的数学公式很多,过程较为复杂。

历年来,学生们普遍认为流体力学课程枯燥无味,难以学懂,兴趣不大,导致教学效果较差。

分析材料科学与工程专业现状可知,目前,该课程体系教学中存在着较大弊端:一方面,太偏重于数学推导与公式的理解,忽视了课程理论的物理意义与工程应用的有效结合;另一方面,忽视了课程的基础作用,片面强调课程的专业性。

为此,本文结合材料科学与工程专业的课程设置,对课程的教学环节进行了改革探索。

课堂教学是提升学生认知的重要手段。

笔者认为可以从以下几个方面来提高流体力学的教学质量。

一、优化教学内容纵观材料科学与工程专业的流体力学课程体系,可将之分为基本理论知识、基本应用、实验部分、与其他学科的交叉内容、工程实际应用等方面。

在教学过程中,笔者认为采用模块化教学方式能够达到较好的效果。

所谓模块化教学是指根据学科或专业的不同需求选择学习内容,将每个内容或环节定义为模块。

每个模块的目标明确,针对性强,而且学时数相对较少,容易提高学生的学习效率。

当然,各个模块之间并不是孤立的,在教学实施过程中,模块是相对独立的,但从课程的整体架构上来说又是有机关联的,步步为营,内容丰富,难度螺旋式上升,使整个流体力学课程具有较强的系统性和完整性。

船舶与海洋工程专业硕士-概述说明以及解释

船舶与海洋工程专业硕士-概述说明以及解释

船舶与海洋工程专业硕士-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述是文章引言部分的组成部分,旨在对船舶与海洋工程专业硕士进行简要介绍和概览。

船舶与海洋工程专业硕士是一门与船舶和海洋相关的学科,它致力于培养专业人才,使他们具备船舶与海洋工程领域的深入理解和独立研究能力。

作为一门综合性学科,船舶与海洋工程专业硕士涵盖了船舶结构与材料、船体动力学、船舶设计与制造、海洋工程与资源利用等多个领域。

该专业针对培养学生在船舶与海洋工程领域的理论知识和实践技能,旨在培养具备创新思维和科学精神的专业人才。

船舶与海洋工程专业硕士的培养目标包括但不限于以下几个方面:一是培养学生具备扎实的船舶与海洋工程理论基础,深入了解船舶与海洋工程的前沿进展和发展趋势;二是培养学生具备独立开展科学研究的能力,能够运用所学知识解决船舶与海洋工程领域的实际问题;三是培养学生具备良好的团队协作和沟通能力,能够在多学科、多领域的跨学科研究中取得突破性成果;四是培养学生具备国际视野和创新精神,能够在船舶与海洋工程领域的国际竞争中有所建树。

总之,船舶与海洋工程专业硕士旨在培养高水平、复合型、创新型的船舶与海洋工程专业人才,为我国船舶与海洋工程的研究与发展提供有力的支持。

通过系统的学习和科研实践,毕业生将具备深厚的专业知识和技能,能够在船舶制造、海洋资源开发和海洋工程设计等领域中发挥重要作用,为推动我国船舶与海洋工程事业的发展做出贡献。

1.2文章结构文章结构部分是写作中必不可少的一部分,它能够帮助读者更好地理解文章的内容和组织架构,并且能够使文章更加清晰和易读。

在本篇长文中,文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分:1. 引言:本部分将对船舶与海洋工程专业硕士进行概述,介绍本文的目的和结构。

2. 正文:本部分将详细介绍船舶与海洋工程专业硕士的学科背景和专业培养目标。

2.1 学科背景:本小节将讨论船舶与海洋工程专业硕士的学科背景,包括该学科的起源、发展历程以及与相关领域的联系。

同济大学

同济大学
学院设有机械工程一级学科博士后流动站、管理工程一级 学科博士后流动站、车辆工程博士点、动力机械及工程博 士点、车辆工程硕士点、动力机械及工程硕士点和车辆工 程学士点。目前,学院在职教工95人,其中教师62人, 教授25名(其中22名为博士生导师),副教授24名。学 院拥有国家“863”电动汽车重大专项首席科学家万钢教 授;聘请中国工程院院士郭孔辉教授为兼职博士生导师和 大众—同济研究院院长;有“长江学者”特聘教授和同济 大学特聘教授各1名;并聘请多名国内外著名汽车专家为 兼职教授或客座教授。学院与德国、奥地利、美国、意大 利、荷兰等国家及中国香港、台湾地区的政府、高校、科 研机构、企业有着广泛的科研协作关系、学术交流和人员
电子与信息工程学院 电机与电器电力系统及其自动化 电力电子与电力传动 电路与系统 微电子学与固体电子学 通信与信息系统 信号与信号处理 控制理论与控制工程 检测技术与自动化装置 系统工程 模拟识别与智能系统 计算机系统结构 计算机软件与理论 计算机应用技术 农业生物环境与能源工.. 化学系 应用化学 无机化学 分析化学 有机化学 物理化学
汽车学院
2002 年4月,同济大学以科技创新和新能源汽车开发为 指导思想,以创新科研机制和组织架构为特色,成立了为 中国汽车产业全方位服务的汽车学院。2004年9月,汽 车学院全体迁入位于上海国际汽车城的同济大学嘉定校区。 在上海市政府的大力支持下,总投资4亿元的新能源汽车 工程中心已投入使用,现已成为我国新能源汽车自主开发 的科技创新和人才培养的重要基地。
五、测试安排 • 1、联合自主选拔录取学业能力测试时间:2011年2月26日;测试地点由考生在报名系 统公布的考点就近选择,具体安排以自行上网打印的准考证为准,准考证打印开放时 间请见报名系统公告。 • 2、综合素质面试时间:2011年3月中旬;具体面试时间、地点以面试通知为准。 六、收费办法 • 初审通过后,考生按报名系统要求,及时缴纳报名考试费200元/人,参加联合自主选 拔录取学业能力测试。 七、优惠政策 • 1、自主选拔录取对象 • 1)投档条件: • 上海市:自主选拔录取对象在第一批本科批次以第一志愿A位置报考同济大学前提 下,高考投档成绩达到上海市相应科目第一批本科最低录取控制分数线,即可投档进 校。 • 江苏省:自主选拔录取对象在第一批本科批次以第一志愿A位置报考同济大学前提 下,高考投档成绩达到同济大学江苏省相应科目第一批本科投档分数线或高于江苏省 相应科目第一批本科最低录取控制分数线20分及以上,即可投档进校。 • 2)专业录取: • 投档进校的自主选拔录取对象,高考投档成绩达到同济大学当地相应科目第一批 本科投档分数线者,以高考投档成绩加上10分的附加分并和普通考生合并后参加统一 的专业录取;高考投档成绩未达到同济大学当地相应科目第一批本科投档分数线者, 以高考投档成绩和普通考生参加统一的专业录取。 • 2、优秀考生 • 优秀考生在第一批本科批次以第一志愿报考同济大学前提下,高考投档成绩达到 同济大学当地相应科目第一批本科投档分数线,投档进校即以高考投档成绩加上5分的 附加分并和普通考生合并后参加统一的学校录取。

【完整版】力学及其交叉学科在科学技术上的一些应用

【完整版】力学及其交叉学科在科学技术上的一些应用
生物流体力学的研究对象复杂多样,可分为两类:一类指的是生物体内流体流动;另一类指的是外部流体对生物体运动的影响,其特点是流体力学和固体力学的密切结合,比如人体生理流动总是以软组织为其边界;力学过程同物理和生化过程联系;流体动力通细胞生长相关。生物流体力学研究问题主要分布在以下两方面:以昆虫飞行和鱼类游动为研究对象的仿生力学研究和以血管、心脏和大脑中血液为研究的血液动力学研究。前者的研究目的有⑴生物学家需要了解飞行和游动的力学效应对生物的生理学、生态学、动物行为及其进化的相互影响。⑵工程技术专家要利用仿生力学的研究成果改进人造机器。后者的研究获得了各种典型性心脑血管疾病的血液粘弹性指标和触变性指标。这些研究的继续会很大的造福人类。
空间环境是复杂多变的,诸多宏观和微观的因素都会对航天器造成损伤甚至是灾难.比如由物质在较低层次上发生的微结构转换所触发的强耦合级串所最终导致的突发性整体灾变。哥伦比亚号事件就是其中的一例,2003年哥伦比亚号航天飞机在起飞82秒后,一块泡沫脱落击中其右翼,使其炭隔热保护层受损,最终导致该航天飞机解体,该事故的调查委员会在最后的调查报告中认为,美国航空航天局目前所采用的系统元件的技术,是不能充分认定增强的碳碳复合材料结构的整体性的,由此可以看出,需要更好的力学工具和理论来认定航空材料的整体性。
空气动力学的发展经历了低速、高速、新变革三个时期。环量和升理论的建立,坚定了低速飞机的设计基础,使重于空气的飞行器成为现实;40年代中期到50年代,可压缩气体动力学理论迅速发展,特别是跨声速面积率的发现和后掠翼新概念的提出,帮助人们突破“音障”,实现了跨声速和高声速飞行。50年代以后,开始了超声速动力学发展的新时期,到1961年第一颗人造卫星升空,标志着空间时代的到来,美苏两国开始致力于发展地面模拟设备和开展高声速动力学和空气热力学的研究。航天方面的重点放在空间飞行器防热,高超声速巡航和再入飞行器气动力和推进系统问题,特别是如何客服由于高声速飞行和弹头再入大气层,严重气动加热引起的热障问题。航空方面的重点则放在了高性能作战飞机、超声速客机、垂直短距起落机和变后掠翼飞机上。这一时期空气动力学方面的一项重要成就,是“超临界机翼新概念”的提出,它可以显著地提高机翼的临界M数。70年代后,脱体涡流型和非线性涡升力的发现和利用是空气动力学的又一重要成果。时至今日,航空航天器的性能仍在提高,空气动力学也在继续发展。

同济大学流体力学教学大纲正式稿

同济大学流体力学教学大纲正式稿

《流体力学》课程教学大纲Fluid Mechanics课程编号:学分:3 总学时: 54大纲执笔人:王振亚、王毅刚大纲审核人:杨志刚一、课程性质与目的性质:流体力学是汽车学院发动机方向和车身方向的一门重要技术基础课程,是必不可少的先修课程。

目的和意义:本课程的目的就是要通过各个教学环节,使学生掌握流体力学的基本知识(基本概念、原理和研究方法)、有关的计算方法和必要的实验技能,具备应用流体力学知识对实际问题进行分析和计算的能力,为后续专业课的学习和将来从事科学研究和专业技术工作打下良好基础。

二、课程面向专业车辆工程的发动机方向和车身与空气动力学方向。

三、课程基本要求学生学习本课程应达到下列基本要求:(1)正确理解流体力学中的一些基本概念和流动的基本特征;(2)掌握研究流体运动的一些基本方法;(2)熟练掌握连续性方程、伯努利方程、动量方程,对工程中的一般流体流动问题具有分析和计算的能力;(4)正确理解量纲分析和相似原理对实验的指导意义以及掌握一定实验技能与方法,具有测量流动参数、分析实验数据和编写实验报告的能力;(5)正确理解理想不可压缩流体流动与不可压缩粘性流动的基本原理与它们之间的区别,掌握流体在管道中运动阻力和水头损失的计算,绕物体流动的流体边界层性质。

;(6)了解定常一元可压缩气流的基本知识。

四、实验基本要求掌握一定实验技能与方法,具有测量流动参数、分析实验数据和编写实验报告的能力五、课程基本内容绪论教学基本要求:(1)流体运动与流体力学;(2)流体力学与科学;(3)流体力学与工程技术;(4)流体力学的研究方法。

第一章流体及其主要物理性质教学基本要求:(1)掌握流体的惯性、黏性、压缩性、膨胀性等主要物理性质;(2)理解流体微团及质点的概念、连续介质模型及建立的条件;(3)了解作用在流体上的力(质量力和表面力)。

第二章流体静力学教学基本要求:(1)理解和掌握流体静压强及其特性;(2)了解流体平衡微分方程式,理解其物理意义;(3)掌握流体静压强的分布规律及点压强的计算(利用等压面),(4)掌握流体静压强的量测和表示方法,掌握相对平衡原理,解决等压面的形状特别是自由液面的形状问题,会计算旋转液体中各点的压强;(5)了解作用于平面壁和曲面壁上流体总压力的计算。

智能制造工程专业培养方案-同济大学机械与能源工程学院

智能制造工程专业培养方案-同济大学机械与能源工程学院

智能制造工程专业培养方案一、专业历史沿革智能制造工程专业是教育部2018年首批设置的新工科专业。

2015年中国政府提出了实施制造强国战略第一个十年的行动纲领“中国制造2025”,智能制造是它的主攻方向,也是中国从制造大国向制造强国转变的重要抓手。

智能制造作为一个系统工程,强调数字化设计与制造、智能装备、智能机器人、物联网(工业以太网)、人工智能、大数据、云计算等关键技术的集成,涉及机械工程、控制科学与工程、计算机科学等多个学科。

目前的专业设置格局很难满足企业对这种具有多个学科交叉背景的系统级智能制造人才的需求。

智能制造企业需要大批具备综合设计、优化能力的智能制造系统工程师,帮助企业进行结构性、系统性的调整优化以及提供解决方案。

二、学制与授予学位四年制本科本专业所授学位为工学学士。

三、基本学分要求五、专业培养目标本专业依据同济大学的人才培养模式,培养具有数学、自然科学基础理论和机械、信息等相关专业知识及人文职业素养;具备面向工程实践,发现、分析、解决智能制造领域的复杂工程问题能力,并具有国际化视野;身心健康、良好的道德修养和社会责任感,具有严谨、求实、团结、创新精神的人格。

毕业生能够在企事业单位、政府部门从事智能制造相关产品及系统的设计制造、技术开发、科学研究、经营管理等工作,解决智能制造领域的复杂工程问题,成为本领域的技术骨干或管理人员。

六、毕业要求单学士学位修满160学分。

七、主干学科机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程、管理科学与工程八、课程体系知识结构图见附表一。

九、核心课程智能技术数学基础、智能制造工艺、制造系统的感知与决策、生产系统智能化技术、知识工程及应用、精密传动与智能设计等。

十、教学安排一览表见附表二。

十一、有关说明1.本教学计划四年制八学期,正规学期为19周,上课17周,考试2周。

2.第七学期选修课原则上按照模块方向选择,本专业分以下三个模块方向:智能设计与制造:《机器人》、《增材制造技术》、《AR/VR及应用》智能服务:《设备的预测性维护与远程诊断》、《制造系统信息安全》、《工业智能云服务》、《AR/VR及应用》智能管理:《精益生产与管理》、《供应链管理》、《人因工程》、《能源管理》选智能设计与制造和智能服务模块的学生应在第六学期选修《AR/VR及应用》。

流体力学-流体力学绪论

流体力学-流体力学绪论
2、流体是根据它的边界形状变化而变化。 3、流体和弹性固体都是变形体,它们之间的区别只在于当
外力作用时,变形的方式不同而已。 流体和固体它们有着完全确定而又互不相同的力学特性
流体不是粘弹体、粘塑体
实际上世界上还存在这样的物体,既不能用 流体,也不能用固体来表述它们的力学性质。
如,有些树胶和油漆,长期静置后,会呈现 固体的力学性态;如果加以摇晃或搅拌,就又显 示出流动性。
实验流体力学
采用试验的方法研究解决工 程实际问题,验证理论推导
§1 流体力学的任务
5)流体力学涉及的基础知识面
流体力学涉及的基础知识有高等数学、理论力学、工程热力学、传 热学等。
6)流体力学的学习方法
流体力学作为一门技术基础课,学习时必须着重于掌握基本概念、 基本理论、基本计算方法和实验技能,通过作业了解流体力学的基本理 论在工程实际中的应用。在学习中培养自己分析问题和解决问题的能力。
信息与控制
生物领域
微流体力学是一门新兴学科在生产小到纳米级的微电源,微机械,微传感器,要研究 在这些微系统中的流速、压力和温度的分布,它们是与宏观流体力学有区别的,压考 虑稀薄效应、尺度效应、表面张力的作用。电流变液是一种两相悬浮液,在电场中会 固化,离开电场又会恢复流体特性。
在细胞层次上进行研究人体的生理流动,与工程紧密结合是生物流体力学今后发展趋 势上研究,流体的非牛顿性, 脏器的多孔性,微循环细胞膜的传质,流动的尺度现象, 动物昆虫的仿生流体力学的研究也是发展的方向
§2 流体力学发展简史
流体力学是力学的重要分支之一,它与其它学科一样与人类 的生产活动有着紧密地关系。迄今为止流体力学流体力学经历了 四个重要的发展时期:
1) 古代流体力学发展时期 2) 经典流体力学发展时期 3) 近代流体力学发展时期 4) 现代流体力学发展时期
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

流体力学在游泳池的运用
054290 卢婷女子动画
物理学中,研究流体宏观运动的这部分力学,称为流体力学。

它分为流体静力学和流体动力学两部分。

流体静力学研究流体平衡时力的宏观状态和规律,其主要内容有比重、液体内部压强、浮力和阿基米德定律等。

众所周知水的一条最为重要的自然属性──水是一种流体。

接下来就分析一下流体力学在游泳池的运用。

流体动力学告诉我们:游泳运动取决于二个基本因素∶我们施加的推进力和我们遭遇到的阻力或者是障碍力。

不管我们如何使自己保持身体的流线型,阻力都是难以克服的。

这就是说全凭力气游泳并不会使你成为游泳好手,然而知道一些物理知识迟早会派上用场的。

首先让我们分析一下水的自然特性
第一,关于水的粘滞性
流体均具有粘滞性,它产生于分子间相互吸引作用,在流体力学中称为“内聚力”。

粘滞性随温度升高而降低,水的粘滞性在260C时为空气的48倍(水=0.89×10-3牛顿.秒/米,空气=1.83×10-5牛顿.秒/米)。

水在静止时各方向压力平稳,粘滞性不显示作用,当水受到的外力大于水的内聚力时,水层压力产生变化,水分子间的连结被冲散,由于相互吸引关系产生水层磨擦来对抗外力,直至外力被削弱静止。

外力越大,内聚力被冲散越严重,分子间磨擦现象越激烈。

此即人体或物体在水中运动时构成阻力的根源。

游泳时一切动作都会受制于水粘滞性因素形成的阻力作用,它是水环境中力作用的重要因素之一。

第二,关于水的压力:
水有压力。

当人站立在齐胸深的水中,就会明显地感受到水的压力存在。

因为,此时人在水中呼吸变得完全不同于平时在陆上呼吸那样轻松自如,尤其在吸气时感到费力。

这种现象就是水的压力在起作用。

压力指垂直作用于物体表面的力。

单位面积上受到的压力称为压强。

液体内部向任何方向都有压强。

在同一深度,向各个方向的压强都相等。

深度增加压强也随着增加。

液体内部某处的压强p等于那里的深度h跟液体的密度ρ和重力加速g的乘积。

即P=ρgh。

因而水的压力也随水的深度增加而增大,水的压强变化如图2-1,人体在水中,上面的水对人体压强小,下面的水对人体压强大,两侧压强相等。

这样,上、下压强之差就产生了一种把人托起的力,这种把人向上托起来的力就是浮力。

第三,关于水的流动性
水具有流动性。

水在受到压应力和切应力影响时,若外力大于水的原有内聚力,水层将被撕裂并产生局部高于其他水层的压力,由于水流体具有压力平衡的性质,高压区的流体流向低压区或伴随外力的方向流动,以此达到流体的平衡,这种压力转换过程称为流动。

根据流体力学的规律,流体流动时,如流速由大变小,压强就由小变大,反之,如流速由小变大,压强就由大变小。

正是这种原因,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,使人的动作冲量被流体的流动性所吸纳、抵耗与分散而得不到象陆地上动作用力的效果,故人难以在水中表现出爆发式用力的现象。

第四,关于水的密度
密度是某种物质的质量和其体积的比值。

其数学表达式为
ρ=m/v,常用单位为克/厘米3、吨/米3。

水的密度在40C时为1克/厘米3或1千克/分米3或1吨/米3。

海水的密度为1.03吨/米3,因为海水的密度与溶解在海水中盐成份含量有关。

在260C和一个大气压的条件下,水的密度为996千克/米3,而空气的密度为1.18千克/米3,水的密度约为空气密度的844倍。

第五,关于水的难以压缩性
水作为一种液体,它具有难以压缩的特性,水在每增加一个大气压时仅缩小1/20000。

在一限定的容器内,被施加一定压力的水的体积不会因压力的增加而改变,所以水的密度不会因水的深度变化而产生变化。

任何物体入水后,水不会缩小体积,而是以物体体积换取等量水的容积,因而入水物体要受到等量容积水的作用力,使物体重量被水的重量平衡,人体本身大部分也是水分。

所以,人体也具备与水相同的不可压缩的特性。

接着让我们分析下人体在水中飘浮的能力
在没有受到其他物体的支持时,浸入水中的物体,在竖直方向上受到两个力的作用。

一个是重力,一个是浮力。

重力是由于地球的吸引力而使物体受到的力,其方向向下。

浮力是由于流体内部压强差而产生对物体的一种向上的托力,其方向是向上的。

浮力的大小等于该物体所排开的流体的重量,即“阿基米德原理”。

物体在水中的浮沉,决定于其所受到的重力和浮力的关系。

当浮力大于重力时,则上浮;浮力小于重力时,则下沉;浮力等于重力时,则悬浮。

物体在水中的浮沉可以直接从其密度看出来。

当浸入水中的物体的密度小于或等于水的密度,这一物体就可漂浮。

如浸入水中的物体的密度大于水的密度,这一物体就下沉。

通常所说的人体密度是指人身体的平均密度。

如以解剖学概念理解人体的密度则有不同,
例: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。

第一,呼吸对身体飘浮的影响作用
人体密度平均值接近于水的密度,约为0.96~1.05克/厘米3。

而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克/厘米3,人体在水中可浮起来。

呼气时体积减小,密度加大,约为1.02~1.05克/厘米3,身体下沉。

通过肺呼吸对身体体积变化的控制,可影响并左右人的平均身体密度,这就是人可具备飘浮能力的关键因素。

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,这一类人被称为“受呼吸制约的漂浮者”。

因为,他的身体是漂或是沉取决于呼吸对胸廓容积的改变。

另一类人无论她吸气、呼气、胸廓扩张与否均不影响她的漂浮,这一类人属于“天然的漂浮者”。

原因是这一类人的身体密度小于水的密度,既使在呼气之后仍然如此。

这一类人身体器官组织低密度成分的百分比高于常人,比如皮下脂肪、脏器脂肪附着、腹腔大网膜比例高,典型人群为肥胖的女性。

当然,还有一类人,他们的身体密度高于常人,既使充分吸气使胸廓扩张也无法获得足够的排水量使身体飘起。

这一类人多见于代谢水平高、皮下脂肪沉着很少、肌肉骨骼发达、又多从事重力量劳动的青年男性。

典型人群为男子中长跑或马拉松运动员。

我们称为“天然的下沉者”。

第二,人体不同的漂浮姿态对漂浮时的影响
人体的平均密度决定了他所具备的漂浮能力,而人体的漂浮姿态受到浮心和重心的影响,重心是身体各部分质量的平衡点,是重力对身体所施加向地心的合力中心。

重心随人体姿态的变化而相应变化。

浮心可被视为身体体积排开水的重量后获得向上的浮力中心。

当人体浸没于水中时,他的重心与排开水体积的浮心不在一个重合点上。

浮心一般靠近人的胸廓,而重心多靠近人的骨盆上端。

总之在水平状态漂浮时,重心与浮心之间的力矩越长,转动的扭矩力就越大,人体下肢的下沉就越快。

如果下肢下沉较快,则其动量足以拉得漂浮者的头部也浸没于水中,这使有些“受呼吸制约的漂浮者”产生错觉,认为自己属于“天然的下沉者”的一类。

对“天然漂浮者”而言,由于体脂成分多分布于小腹、臀部、大腿等下肢部位,下肢的排水量远大于“受呼吸制约的漂浮者”。

由于“天然漂浮者”的重心与浮心之间力矩非常接近,所以“天然漂浮者”多能保持水平状态的漂浮姿态,而很少因重心与浮心之间的扭矩作用而发
生下肢下沉的现象。

身体的重心可通过四肢的位移使之与浮心之间的力矩缩短,浮心因解剖结构的关系不会有大的改变,而重心则可以通过头部和四肢的位置改变而变化。

图2-4就演示了三种常见的由于肢体的调节作用而改变了重心与浮力之间力矩的漂浮姿态。

人漂浮时,通过对肢体位置的调整可使重心与浮心处于一垂线平衡的位置上。

根据水具有浮力这一特点,在游泳时应尽量利用水的浮力,尽量减少身体各部分失去水浮力作用的时间,具体做法是:
1.在手臂经空中移臂的泳式技术中,应缩短空中移臂的时
间,这样不但可以避免过分减少静水浮力,而且有利于提高划水频率,但注意不要因加快移臂速度而造成手臂肌肉不必要的紧张。

2.呼吸时头不应抬得过高,换气时间不宜过长,以避免过
多的浮力损失。

3.在呼吸动作中,应有闭气阶段,吸气要短促而充分,这
样不仅对浮力有利,还能增加氧气的吸入量。

中长距离项目由于速度相对慢,动水升力相对小,闭气时间相对长一些。

短距离项目因速度快,动水升力大,闭气时间可以短一些。

4.手臂前伸动作应尽可能地伸展(包括伸肩),使重心尽
量移近浮心,保持平衡的身体位置,减小迎水面,减小形状阻力。

这对加长划水路线也十分有利。

流体力学渗入到生活中的方方面面,流体力学。

流体力学渗入到生活的方方面面,并且运用到生活的方方面面。

以上是流体力学在游泳池的作用。

相关文档
最新文档