游泳的科学道理
一、游泳与人与水
游泳是在水中进行的一种运动，为了更快地学会，就必须掌握游泳的规律。这就是因为掌握了游泳的规律，熟悉了水的性能。所以，有必要了解人体能游泳的科学道理，也就是“力学原理”。许多游泳爱好者体会到，学会一种游泳姿势以后，再学另一种姿势就容易了。实践证明，如果你只知道这样做，而不知道为什么这样做，就会走弯路。因此我们在开始学习游泳之前，就要掌握一些有关游泳的力学知识和原理。
1.压力
人体入水就会受到水的压力（身体在同一层水中压力相等），身体每下降1米，就增加0.01大气压。所以在水中呼气和吸气时，对人体的压力有不同的影响。呼气时，胸部向水外推，能产生外压力；吸气时，水对胸部能产生内压力。因此，刚开始学游泳的人在水中往往会感到胸闷，通过练习就会慢慢适应。
2.重力和浮力
重力是指身体受地心引力作用，形成向下的力。
浮力是指物体放在液体里受到一个与地心方向相反的上托力。
游泳时，身体入水后，其重力和浮力平衡，故能浮在水中，只有当身体出水时才受重力影响。
3.比重
身体在水中沉浮取决于身体的密度与同体积水在4℃时的密度之比例关系，称为比重。比重大的石块和铁块等，因重力大于浮力而下沉；比重小的塑料泡沫等，因重力小于浮力而上浮。而人体的比重大致和水相等，人的比重因受年龄、性别、呼吸、身体结构、成分变化、各时间的差别影响，所以比重不一样。
成年人的骨骼与水的比重约为1∶1.39～1.94，男子的骨骼大于女子。肌肉、皮肤、韧带、内脏等稍重于水；脂肪轻于水，比重约为1∶0.914。而少年儿童，因身体结构和质量与成年人不同，所以男孩的比重约为0.967，女孩比重约为0.97。一个人在同一时间，因呼吸形成体差也会直接影响在水中的沉浮。吸气后胸腔扩大比重相对减小，呼气后胸腔缩小比重相对加大，其变化范围约为0.96～1.05之间。
总之，每个人的比重是不同的，所以浮力大小也不一样。
4.浮心和重心
水对身体各部产生浮力的合力点叫浮心。其位置在入水部分的几何中心。身体各部重量的合力点叫重心。由于人体各部密度不均匀，如平卧时腿的比重大，故重心靠近下肢，如重心和浮心能处在一条垂线上，即能达到平衡。
当身体平卧、两臂靠体侧躺在水中时，头和胸比重小，腿比重大，故重心和浮心不在一条垂线上，头上浮时，腿就下沉。如果改变身体姿势，两臂前伸平卧在水中时，就会使身体的重心向浮心移动，使重心和浮心在同一垂线上，两力相同，方向相反，如果再掌握必要的游泳技术，那么即使手脚不动，也能在水面上漂浮。
二、游泳的阻力
阻碍人体在水中前进的力，统称游进阻力，阻力方向总是与身体或肢体动作的方向相反。游泳是一个利用阻力和克服阻力的过程，了解各种阻力及其产生机制，对游泳者来说十分重要。
1.摩擦阻力
摩擦阻力也称体表摩擦阻力或表面阻力，是物体相互接触并相对运动或有运动趋势时产生的相对作用力。
在水中物体与水产生的摩擦程度取决于物体表面的光滑程度与运动速度。游泳时人体表面为非光滑面，与水接触时会有部分水分子附着于皮肤纹隙中，运动时由于水的内聚力作用，即与相邻水层产生摩擦，带动邻近水层向同方向流动。物体表面越粗糙，被带动的水流越多；运动速度越快，引起水层相互摩擦越激烈，摩擦阻力越大。
游泳时，可通过保持身体流线型，穿戴薄而光滑、吸水少的紧身衣裤和帽子，光洁皮肤等减少摩擦阻力。
2.压差阻力
压差阻力是由运动时，在物体前后方形成的压力差所引起。由于压力差的大小取决于物体的形状，故也称形状阻力。
如图所示的是压差阻力的形成过程。手掌静止时，前后压力平衡。手掌运动时，掌面推动相邻水流改变方向，掌面压力增大；而手背因划动与原邻近水流产生分离趋势，背面失去原有压力成负压区；掌面高压区水流和四周水流高速流向手背低压区形成涡流，压力减少，掌面和掌背形成压力差。
与游进方向相垂直的平面上，人体所成的投影面积叫投影截面。阻力与投影截面大小成正比，投影截面越大，游进时所遇阻力越大。同一截面，但形状不同的物体，在水中运动时所产生的压差阻力不同。
身体与阻力
（1）游进时，尽量使身体保持水平。
（2）空中移臂后的入水点应在肩的延长线上，或在身体纵轴与肩的延长线之间。
（3）产生推动力的有效动作，如手臂的向后划水、两腿的向后蹬夹水，应尽量形成最大阻力截面和压差阻力最大的形状。
3.波浪阻力
游泳是在水和空气两种流体间进行的运动。水有流动性，其密度比空气大800多倍，人体游动时必定有部分水被身体推动，其中部分涌向空气中而高出水面形成波峰，又因水的重力作用而压回水面，形成波谷。峰、谷在水面依次传递，在水黏滞力作用下，逐渐削弱至停止。由这种运动引起的浪会加大水分子的动量，增加身体的阻力。波浪阻力在游进速度不快时作用不显著，但对高水平的游泳运动员来说，这是快速游进的最大障碍。由于被身体推动的水层，要向各方向扩散，一般可扩散至30厘米，所以身体在水下30厘米处时，可防止水扩散至水面形成波浪。
减少波浪阻力的方法是：游进时身体呈流线型，避免抬头挺胸或两脚左右分开；注意身体的稳定平衡，用力自然，游速均衡；手臂人水时尽量减少会造成波浪的拍打动作，应顺势插入水中；出发转身后的滑行，应保持在水下30厘米深处。
三、游泳的推进力
游泳的推进力是指游泳时推动人体前进的力，可分为两种类型，即阻力推进力和升力推进力。
1.阻力推进力
通过肢体的向后划水、打水或蹬夹水动作，给水一个作用力，借助水的支撑反作用力推动人体前进，这种利用水的阻力获得的游泳推进力被称为阻力推进力。以手臂划水为例，手臂在身体下方沿身体纵轴向后划水，水产生阻挡手臂向后划动的阻力。此时与水流方向相对的掌心一面形成高压区，而手背一面形成流体的负压涡流区，由此而产生推动人体前进的流体阻力。要增大手臂划水时的阻力，一是要增大划水肢体面积和形状阻力；二是要加速划水；三是要螺旋曲线划水，以不断划动静水。划臂动作游泳时主要的划水面是手和脚，所以合理的手掌和脚掌姿势，对增大推进力十分重要。手掌的划水姿势，以自然伸直、五指轻轻并拢为最好。蛙泳的蹬水动作，应尽量使脚掌内侧正对后方；其他各种姿势的打水动作，脚掌应内旋成内“八”字。
另外，手臂划水姿势对推进力也有很大影响。3种不同划臂姿势动作效果，它说明沉肘划水是最不好的划水动作，这种划水方式的投影截面很小，产生的推进力也很小；直臂划水效果比沉肘划水好，但如图所示：A点和B点划水方向主要向下，产生的反作用力使人向上抬起，而D点和E点的划水动作使人下沉；所示是正确的屈臂高肘划水动作，它既能充分利用手臂的对水面，又能最大限度减少直臂划水中向上和向下的分力。
2.升力推进力
升力推进力，即利用升力原理获得的推动人体前进的力。
游泳时，由于肢体动作的方向路线不是直线，而是在一个立体空间做三维曲线运动，这样，相对肢体流动的水，不仅为人体提供阻力推进力，而且也由此产生了第二种推进力——升力推进力。
当手掌与划水方向成一合适角（手掌与划水方向所成的倾角）时，流经划动手的掌心和掌背的水流速度是不一样的，流经手掌心的水流较慢，而流经手背的水流速度较快。根据伯努利原理：流速快的流体压强小，而流速慢的流体压强大。手掌两面产生压力差，手掌面高压区的压强向手背面低压区传导，使手获得升力。踩水是利用升力的一个典型例子。踩水时，两手成一定角度，沿水平面做摇橹状的划水动作，可获得使人体向上的升力。
升力与划水速度和攻角大小密切相关。当手掌与划水方向所成攻角越合理时，划水速度越快，获得的升力越大；攻角过大或过小都会使升力减小或消失。升力作用方向总是与阻力作用方向相垂直。
成攻角的手掌与相对水流的
相互作用关系受制于人体解剖特点和游泳技术，手臂的划水动作不可能直线向后，所产生的推进力方向也不是完全向前，而是与游进方向成一定夹角。
水性的熟悉和学游泳的步骤
一、水性要熟悉
1.平衡与呼吸
游泳是人在一个与日常生活截然不同的“水环境”中，利用四肢和躯干的协调动作产生运动的体育活动项目。它要求人体的各器官系统工作方式，所有的动作必须适应水的特点，才能事半功倍，游得又快又远还省力，能否巧妙地利用水所具有的流动性、粘滞性、不可压缩等特性，合理地解决浮力和重力、作用力和反作用力的影响，是“如鱼得水”的关键。
刚下到水中的人，一旦水浸没到胸部就会感觉到站不稳，有股无形的力量使你的脚向上漂，失去平衡，只能紧紧抓住池边或其他支撑物，不敢松手。这是因为身体受到水的浮力的作用。浮力的大小等于浸没在水中身体所排开的同体积水的重量。
初学游泳者，在水中站不稳，是因为浮力的合力点与重力的合力点不在一个垂直线上，因而产生前倾、后倒或侧斜的现象。只有浮力的合力点（浮心）与重力的合力点（重心）作用在一条垂线上，重心垂线落在两脚支撑面之间才能站稳。
由于水具有流动性的特点，人在水中得不到固定的支撑，这种平衡往往被手、腿动作和呼吸打破，造成初学者的心理压力和学习动作的困难。为了保持良好的身体位置和平衡，初学时一般从学习腿的动作开始。学游泳，首先要克服水中浮力而产生的恐惧心理，做到水中站立、行走、奔跑自如，维持站立姿势平衡是第一步。身体各部分尽量得到水的支撑（浮力），维持合理的平衡是学习游泳重要的一环。
另外，学习游泳最大的困难是改变人们正常的呼吸习惯。陆上的运动可以“自由自在”地呼吸，一般不会受到客观环境的约束，而在水中运动则受到水环境的限制，呼吸变得十分艰难，呛水现象时有发生。
初学者由于动作不协调，技术不合理，得不到水的支撑，产生不了向上的分力，身体位置偏低，换气时间短暂，往往出现吸不到气的现象。还有些人在水下不吐气，抬头吸气瞬间先呼气，结果吸气时身体已下沉，将空气和水一起吸进，刺激呼吸道而产生呛水现象。有的人常常感到抬了头张了嘴也吸不到气，原因是胸廓受到水的压力，增加了呼吸的困难。学习游泳首先要学会用嘴在水面上吸气，在水面下用嘴、鼻向外呼气。在不同的情况下，掌握好吸气、屏气、呼气的节奏。即使头露在水面上，也不能用鼻子吸气，否则将会把附着在鼻腔内的水珠吸入气管，造成呛水。
熟练掌握正确的呼吸方式，适应水中特定的环境，才能克服怕水、怕呛水的心理障碍，这同样是学习游泳的前提。当然在水质良好的环境中学习游泳，还应养成水中睁眼的习惯（可戴水镜），以便观察。
2.水中的走动
水中走动和跳动是初学游泳者的第一个练习步骤。初学者由于初次下水，往往心里紧张，所以可选择在齐腰或齐胸深的水中进行练习，以体会水的阻力、压力、浮力和学会在水中保持平衡。
练习走动和跳动时，身体要直立，不要倾倒，用前脚掌做向前、向后、向左、向右的走动。要先慢后快地进行。
做跳动练习，应在水中走动比较熟练，并且单独在水中能维持身体平衡时进行。跳动时先用前脚掌蹬池底，然后轻轻往上跳，逐渐用力。
练习方法：
（1）二人以上，手拉手在水中走动或跳动。
（2）单独在水中站立，两手掌与水面垂直，向前后或向左右划水，体会水的阻力。
（3）单独一人在水中走、跳、跑的综合练习。
（4）二人面对面站立，互相泼水练习。
（5）火车赛跑练习：分几个组，各成纵队，双手扶前面同伴的肩，看哪一队跑得快。
水中跑
（6）转圈跳舞：手拉手成圆圈，然后做简单的走和跳舞动作。
（7）水中接力比赛：分几个组，各成纵队，双手扶前面同伴的肩，排尾的人从全队右侧往前跑到排头，作新的排头，以此类推，看哪一队先跑完。
（8）撒网捕鱼：先一人当“渔夫”，其余人分散开，被“渔夫”抓拍到的人，则与“渔夫”手拉手结网，直至全部捕获为止。
（9）钻山洞
将参加者分成2至多组，各组成二列，相向站立，手拉手成“山洞”。排头两人从“山洞”一端钻至另一端后，相向站立，拉手接成“山洞”。如此循环至各组最后二人拉手接成“山洞”的先后顺序，判定胜负。
3.在水中练习睁眼和闭眼
练习目的：克服怕水心理，纠正在水中闭眼的错误习惯。充分发挥眼睛的视觉功能，有利于游泳技术的学习和进一步消除怕水心理。
练习方法：
（1）闭气睁眼：手扶池边（池槽）或拉同伴的手，在水面上深吸气后，将头浸入水中做闭气练习；同时睁开眼睛，看清池壁或同伴的手后，抬头出水换气。
（2）睁眼呼气：同上练习，睁开眼睛，头没入水中闭气后慢慢呼气，眼看气泡上冒，呼气完毕头出水吸气。
