Question

在自游泳时下肢是上下打水,为什么却获得向前的推力呢?

一个课后练习
蛙泳时,双脚向后蹬水,水受向后的作用力,则人受到向前的反作用力,这就是人体获得的推进力.但是,在自游泳时下肢是上下打水,为什么却获得向前的推力呢?

(这一课讲的是牛顿第3定律)

Answer 1

游泳的流体动力学

很多人都喜欢游泳，特别是在炎热的夏季。然而，这些游泳爱好者的水平则千差万别，不一而足。有的人只是用来娱乐，而有些人则用来参与比赛。即便是那些参加比赛的人中间，也有些人远比其他人有的快。而那些游得最快的人，他们一般都很好的遵循了流体力学的原理。但实际上这些原理每个人都在使用，只要他们会踩水（能够通过手臂和腿的运动将头部维持在水上）。
对于一个游泳者，主要有以下四个方面的力：
1.游泳者的体重；
2.浮力---漂浮的能力；
3. 推进力---手臂的划水和腿部的打水；
4.阻力---压力以及皮肤的摩擦力。
压力带来的阻力来自于游泳者的前部对水面以及后部流体分层。由于流体已经是紊流了（并非层流或者平滑流体），那么游泳者应该尽可能地维持身体的流线型，这样可以尽可能的减少流体因身体而导致更多的分层（见下图）。前沿阻力可以由迅捷而有力的前伸和打水来克服，比如前伸和打腿动作能把更大部分的身体前部抬高。这样，由于体位变得更加流线型，那么皮肤摩擦导致的阻力会显得更大一些。但是，压力引起的阻力才是阻力的主要方面，所以如果这个方面的阻力能够减小，那么总体阻力也将会减小。
产生很大前进阻力的游泳者 流线型的游泳者
胳膊的划水
总体来说，胳膊划水产生的推力是主要的推进力量。不同的游泳运动员之间的区别很大一部分就是如何使用手臂的划水来产生前推力。那些最好的运动员在进行手臂向后推水时，不但产生很大的推力，同时他们移动手掌的方式就像扳动桨叶。
最明显的推力来自于手臂的向后推水，就像圆盘明轮那样。有一段时间人们一度认为手臂的蠕虫状划水（短划水）可以增加前进的速度。这个可以通过一艘装备了蠕虫状推进桨叶的船进行测试（见下面的图）。然而结果让人失望，那艘船几乎不动。这个现象的科学解释可以通过下面引用的资料来解释：
“更好的流体推进效率的获得是通过推动大量的水（哪怕是推动的行程短一些），而那种推动虽然比较长，但推动的水量比较少的方式获得推进效率则比较小。”
为了理解这个引用的资料，我们应该看看什么样的划手才是最有效率的划手。直臂划手是把手臂绕一个整圈，手平放（就像明轮的图）。在这种划手方式下，游泳者划手时后推的都是原先静止的水，这个划水方式的优点是静止的水给予手臂的反推力要大于那种推水是的水已经是向后流动是产生的反推力（译者注：按照上一段的描述，蠕虫式划水有一段划的水是已经被手推动流动的水了，所以划水效率低。此段描写似乎和目前流行的S形划水不符，S形划水和蠕虫式划水有近似的地方）。
这个很有意思，明轮推水或者桨叶方式的推水产生了上举力和向前的推力，在这种情况下上升力和推力会叠加在一起。为了更好的看清楚这一点，我们将游泳者的手臂看成是飞机的螺旋桨（或者机翼）：当手臂在犁过水面时，浮力产生了，这个浮力会让身体更加贴近水面，所以阻力降低了。那么，即便游泳者是从右往左移动，他的手也是从上往下移动，所以浮力就叠加到前推力上（见图）。因此，游泳者的划手的效果是和飞机的螺旋桨的作用相似，这个结论是基于对那些卓越的奥运高手们的泳姿进行综合研究之后所得出的。
当运动员进行踩水的时候也会有相同的上升力产生。当你做踩水动作时，你不会从水面之上向水下压水。实际上，常见的动作是手从靠近水面处的位置上下移动，腿和脚的动作也相似，这样，浮力产生了，这个浮力就可以帮助把游泳者的头部维持在水面之上。
Kick
打腿
那些最好的运动员可以仅仅通过打腿就可以获得足够的浮力，并使自己能够移动得更远，而平常这个浮力是靠手获得的。这个很难通过眼睛观察，除非你在观察蛙泳运动员蹬腿的动作，因为蛙泳的蹬腿动作和踩水是的蹬腿动作最相似。请记住，当你踩水时，腿部的动作和手臂的动作相似，都是做产生浮力的动作。
当游泳者在水中进行风车式的划臂时，一定要注意维持身体的平顺，即不要扭动，否则由于身体的流线被破坏导致更大的阻力。正确的打腿可以维持身体的良好的流线，那么自然也可以减少阻力。
在进行自由泳（蛙泳）时（应该为仰泳，译者注），目前有三种打腿方式：6次腿、两次腿和两次交叉打腿。6次腿常见于短距运动员（短距离，高速度），那么两次腿则多见于长距离游泳运动员。然而，并没有证据说明这两种打腿中的一个更好。但是，6次腿显然有助于短距运动员提升在水中的体位，而2次腿则更合适于长距离运动员所需要的稳定地进行能量转换的需求。

蝶泳的打腿还有一个常见的俗名，即海豚踢。这是因为这种打腿方式和海豚尾巴的运动方式非常相似。蝶泳腿在和划水完整的配合时，他还有一个稳定身体的效应。研究表明，那些蝶泳冠军们的打腿和豢养的海豚有着惊人的相似。
总结
因此，大家可以看到，那些冠军选手和娱乐型的爱好者之间的区别就在于对于流体力学的遵循状况。这个应该并不很难，可以说，每个经过一定训练的游泳者都能够理解如何遵循这些理论。然而，把这些理论真正应用到游泳中去确实另外一个问题。那些有的最快的运动员，他们并不需要去想他们的手臂应该如何移动，他们依靠的是他们的水感！马克斯皮茨---一个历史上最伟大的游泳运动员---他使用了所有列在这里的技术。
游泳时，腿在划弧线，当脚刚碰到水的时候，脚对水的力是斜向后下，对其正交分解，有一个像下的力和向后的力，向下的力对水作用，反作用力水对人，把人向上托，而脚对水向后的力同样受到水的反作用力，向前，所以人就有了向前的动力

Answer 2

蛙泳不是向后蹬水，而是将展开一定角度的双腿收回并拢，夹水产生动力的；
自游泳时下肢是上下打水，并不是严格的上下，是斜向下，也能产生向前推力，就像螺旋桨一样，但动力没有双臂大，上下打水主要起到平衡在水面的作用，向前的动力主要靠双臂产生。

Answer 3

1.楼上回答得对，但只回答了一部分。下肢并不是标准的上下打水，而是有一个角度，这样力就分解为水平和垂直的两个分力，水平的力使你前进，垂直的力使你漂浮于水面。
2.由上述分解而来的水平力在使你前进上所起的作用其实很小，你之所以会前进，其实更多的力是来自于双手的划水力。自己可以想一想，双手不动，单靠双脚打水，前进的速度肯定会很慢。

Answer 4

主要是脚掌的控制
向后蹬的时候脚掌挡水面积尽可能的大，收回来的时候挡水面积尽可能的小

Answer 5

下肢看似上下打水，其实力是斜的，有水平分力。你可以想想脚蹼，或者想想鱼尾，那个动作更明显，应该更好理解。