独竹漂运动的生物力学的原理

第一节　独竹漂运动的生物力学原理

从生物力学角度看，独竹漂运动是一项复杂的水上运动，涉及诸多生物力学原理，然而为了突出主要，精简论述，下面仅介绍独竹漂运动中的流体力学原理和平衡力学原理。

一、流体力学原理

（一）重力

重力是指地球对人体或物体的吸引力，也可称为重量。重力的方向永远指向地心。某一物体的重心是指组成该物体的各个部分所受重力的合力作用点。在独竹漂运动中，人体、竹漂和划竿三者共同组成一个相对闭合的系统。在这一系统中，人体、竹漂和划竿分别有各自的重心，三者所受重力的合力作用点，是该系统的总重心。

（二）浮力

当人体或物体处于液体中时，会受到液体向上的托力，这种托力称为水的浮力。浮体所受浮力的大小等于它所排开的那部分液体的重量。浮力的方向是向上的。浮力的作用线经过浮体所排开的那部分液体的重心，被称为浮心。

浸没在液体中的物体，在不受其他物体支持时，只受竖直向下的重力和竖直向上的浮力的作用。这两种力的合力决定物体的沉浮状态。物体在水中的沉浮，可以通过比较液体和物体的密度来判断。例如，常温状态下，楠竹的密度为（0.81g/cm³），小于水的密度（1.00g/cm³），楠竹则将漂浮于水面，而不是下沉。

（三）阻力

1.压差阻力

物体在水中运动时引起物体前后水流的改变，继而出现前面压力高于后面压力，从而形成物体前后的压力差，即称为压差阻力。由于它与物体的形状、运动姿势存在着对应关系，故又称为形状阻力或外形姿态阻力。

压差阻力的大小受物体外形轮廓、运动速度和运动姿态的影响。

2.波浪阻力(www.zuozong.com)

竹漂在水中运动时，竹漂的一部分会浮出水面，与水、空气形成共界面运动状况。由于水与空气的密度不同，竹漂运动时会破坏水的平衡，并使水向空气中涌起，形成波浪。产生波浪所消耗的能量造成的阻力，称为波浪阻力，又可称为兴波阻力。

波浪阻力的大小主要由竹漂行进的速度决定，竹漂行进速度越快，产生的波浪阻力就越大。

3.摩擦阻力

由于水具有粘滞性，当竹漂在水中行进时，紧贴竹漂的一层水随竹漂表面前进，因而形成边界层，产生摩擦阻力，也可称为表面阻力。

摩擦阻力的大小主要取决于运动物体的速度、表面光滑程度和物体形状。

（四）动力

当人体、竹漂和划竿在水中静止时，只有水的浮力与“人体—竹漂—划竿”系统的总重心相互作用，水对竹漂各角度的压力的合力等于零。

当划水时，划竿对水所施加的力叫“作用力”，水对划竿的力叫“反作用力”。竹漂获得的动力，来源于划竿对水施加的作用力。由于它属于有助于竹漂前行和移动的力，故也称为竹漂的“推动力”或“动力”。

二、平衡力学原理

为了使物体保持平衡，必须使作用于物体的一切外力相互平衡，也就是通过物体重心的各力的合力应等于零，而且必须使不通过物体重心的各外力矩的总和等于零。

人体不同于刚体，人体要维持平衡姿势，有其自身的特点。当人体失去平衡时，能够经过视觉、本体感觉，在大脑皮层的控制、调节下，通过肌肉收缩创造平衡的力学条件，以恢复和保持平衡。人体的平衡受支撑面、重心、稳定角、平衡角、稳定系数的影响。人的平衡能力可以通过训练得到不断增强。

在独竹漂运动中，人体位于竹漂之上，纵轴上主要受到自身的重力和竹漂的支撑力，横轴上主要受到竹漂的摩擦力和空气阻力。如果上述横纵轴上的各力等于零，则处于平衡状态；反之，则失去平衡状态。