流體力學(xué)高光時(shí)刻,奧運(yùn)賽場上高科技泳衣的沉浮

在巴黎奧運(yùn)會(huì)上,潘展樂取得了中國游泳隊(duì)的首枚金牌。等等,這8位運(yùn)動(dòng)員,怎么全都沒有穿上衣,都光膀子。記得2008年的北京奧運(yùn)會(huì),大家都穿著上衣呢。如此劇烈的反差,游泳運(yùn)動(dòng)到底發(fā)生了什么?

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研究之后驚訝地發(fā)現(xiàn),原來這一切都要?dú)w因于“高科技泳衣”。游泳時(shí),運(yùn)動(dòng)員劃水消耗的能量,約有90%用來克服水的阻力。所以一件低阻力的泳衣,自然成為各國游泳隊(duì)的追求目標(biāo)。

1992年的巴塞羅那奧運(yùn)會(huì),有廠商就推出了聲稱可減阻15% 的泳衣。最終,該屆奧運(yùn)會(huì)53%的游泳獎(jiǎng)牌得主,都穿了這款泳衣。

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此時(shí),泳壇還沒有認(rèn)識(shí)到科技的威力。區(qū)區(qū)一件泳衣,又沒有動(dòng)力,還能翻了天不成?1999年,著名的“鯊魚皮”泳衣橫空出世,并得到了國際泳聯(lián)的使用許可。在隨后的2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)上,鯊魚皮泳衣小試牛刀,拿走了83%的獎(jiǎng)牌,并破了13個(gè)世界紀(jì)錄,占比87%。從此,泳壇不平靜了,軍備競賽的氣息愈發(fā)濃厚。

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2004年,47名運(yùn)動(dòng)員穿著第二代鯊魚皮泳衣,登上了雅典奧運(yùn)會(huì)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。2008年的北京奧運(yùn)會(huì),高科技泳衣到達(dá)了真正的巔峰,最新一代的鯊魚皮泳衣成為了泳壇的絕對(duì)霸主。造就了94%的游泳冠軍,包括八冠王并三破世界紀(jì)錄的“飛魚”菲爾普斯,以及中國唯一一枚游泳金牌得主劉子歌。

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這這這,再不管不行了。如此下去,游泳運(yùn)動(dòng)從拼體能變成拼財(cái)力了! 奧運(yùn)精神何在,體育意義何在?正所謂“欲讓其滅亡,先讓其瘋狂”,2010年國際泳聯(lián)緊急給這場軍備競賽踩了剎車。明確規(guī)定,男子泳衣只允許覆蓋腰部到膝蓋,女子泳衣只允許覆蓋肩部到膝蓋,且泳衣的材料必須是紡織物。

高科技泳衣從此被封禁,大家也就看到光膀子運(yùn)動(dòng)員同臺(tái)競技的場景。

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如今硝煙散盡,我們回看“鯊魚皮泳衣”何以具有如此威力。難道是鯊魚皮足夠光滑嗎?

實(shí)際恰恰相反,鯊魚皮表面有很多細(xì)微的凸起,形成一排排溝槽。這些溝槽讓表面更粗糙,但卻能實(shí)打?qū)嵉販p小阻力。

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至于溝槽的減阻機(jī)理,目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為,是溝槽結(jié)構(gòu)有助于引導(dǎo)流體平滑地流過固體表面,抑制湍流旋渦在固體表面的橫向遷移,進(jìn)而減小了阻力。

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理論理解起來很復(fù)雜,我們用天洑國產(chǎn)流體仿真軟件AICFD做個(gè)計(jì)算直觀地看一下。

兩個(gè)水槽模型,一個(gè)底面是平板,一個(gè)帶有溝槽。計(jì)算水流過時(shí)底面所受阻力。

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結(jié)果顯示,平板結(jié)構(gòu),阻力為1.8N;溝槽結(jié)構(gòu),阻力為1.5N,減小16.7%,相當(dāng)明顯。

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流體力學(xué)博大精深,除了游泳,還有乒乓球、高爾夫球、足球、自行車、賽車等等各種運(yùn)動(dòng),都有它的影子。

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真是應(yīng)了那句話,學(xué)好數(shù)理化,體壇可稱霸!本期就到這啦~拜拜

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