流体力学的使用探索人类游泳技术

使用科学比较人类和鱼类使用的游泳机制可能会在人类性能提高的方式上阐明。这是在日本筑波大学的Hideki Takagi教授的研究，其工作包括游泳的流体动力学和生物力学研究，探索竞争力对竞争和艺术游泳运动员和水球运动员的表现的影响。

游泳所涉及的机制涉及利用行程的推进力，同时克服水的电阻力和游泳者自己创造的拖曳。实际上，了解推进力生成的机制非常重要，以确保游泳运动员在每次中风中获得最大的旅行。

日本筑波大学的Hideki Takagi教授的游泳的流体动力学研究有助于游泳者和教练了解更多关于中风背后的机制，这意味着它们可以相应地调整技术，并鼓励水生体育中的高性能。他使用流动可视化，该流动可视化产生存在的流动模式的视觉表示，以便在游泳过程中定性地或定量分析流体动力学。

前爬网：机器人手
Takagi教授早期工作的一个方面探讨了在模仿爬行冲程时作用在机器人手臂上的流体动力力。机器人手和臂由计算机控制，以模仿人类进行爬行的行程。研究人员在通过水中直接作用在手上的力，以及其周围的压力分布。使用2D颗粒图像速度（PIV）获得流体流动模式的图像。PIV是一种流动可视化的方法，其涉及播种物体通过该流体播种通过该流体，所述流体通过所述流体移动，所述小颗粒在所述流体的照明上变得可见。然后可以使用可见颗粒的运动来计算所研究流场的速度和方向或速度。

本研究中的数据证明存在有两个机构在爬行行程期间产生不稳定的力，手工改变方向的点和手动在圆周运动中从主体移开的阶段。虽然不稳定的流体流量可能会对游泳速度进行逆行，但对于通过称为涡旋循环的过程提高推进，这是重要的，这是利用两个相反的方向的两个涡流。从这项工作领导，现在潜在的机制更好地了解，研究使用3D PIV和人类游泳运动员研究流场是有益的。

不稳定的力量在桨脚钉枪上行动
Takagi教授和合作者进行的进一步工作涉及上述类似的问题，除非在桨桨运动期间的手中的流场，而不是在爬行期间。

该团队再次使用PIV调查在桨手术中举起动作的动作力量。包括一个参与者，他被要求在受控流水中执行桨桨动作，同时尽可能长时间留在固定位置。还使用3D运动分析。结果表明，与爬行冲程一样，熟练的游泳运动员能够产生大的不稳定力。这些力由手的边缘和手掌的相对向内运动的向外运动产生。有趣的是，研究人员还观察到飞行昆虫中不稳定力的同样现象，这表明游泳运动员在游泳行程中充分利用自我生产的漩涡是重要的，并且进一步了解这一过程可能导致改进的桨手术。此外，Takagi教授认为，从该研究的调查结果潜力应用于同步的游泳技术，并帮助游泳者在水中保持身体位置。

游泳所涉及的机制涉及利用行程的推进力，同时克服水的电阻力和游泳者自己创造的拖曳。

在乳房行程期间脚部围绕一只脚的液体力
它不仅仅是在游泳期间影响流体力的胳膊和手，腿部和脚也在产生推进力方面发挥着至关重要的作用。当人类在恒定速度下游泳时，平均推进力通常等于相反的主动拖曳力。然而，在实验环境中测量这些力存在困难。如前所述，虽然已经提出了用于估计作用在游泳者身体其他部位的流体力，但下肢受到不太关注。因此，Takagi教授和东京工业大学的合作者出发了测试机器人腿的使用，以估计在踢腿时作用的流体力，并将其翻译为人类游泳运动员。

该试验表明，估计的流体迫使机器人腿和游泳运动员之间存在良好的相关性，这表明机器人肢体产生了现实的结果，因此可能对评估乳房冲程踢的动作有用并最终能够更好地理解踢技术。

腿部踢在前面爬行中拖曳力的影响
Takagi教授及其同事在乳房行程腿部踢的调查结果中建立了更多的工作，并在前面爬行期间探索了腿部踢对主动拖曳的影响。随着臂和腿反复移动水域并从飞溅和波浪产生额外的抵抗力，评估在活跃游泳运动员上的抵抗力是挑战性的。

由于中风的复杂性，有必要调查通过分析具有和不低肢体的游泳者的游泳者对主动拖动的影响。

在这一审判中，他们比较了仅使用手臂和使用胳膊和腿，整个中风制成的主动拖拽。测量主动拖动和被动阻力，主动拖动在游泳条件中更大，而不是当参与者处于流线型位置时更大。相比之下，腿部运动没有改变拖动系数。这表明，尽管与被动条件相比，上下肢体运动可能会增加电阻，但是腿部踢的效果可能取决于游泳速度。

如果可以更有效地利用游泳者产生的推进力，这将导致性能提高。

实际上，这是第一次研究前爬行期间腿部运动引起的拖拉的研究之一，未来的研究可能涉及在游泳者暴露于竞争条件时创建的主动阻力。对研究的限制是每个游泳运动员具有略微不同的技术，这可能会影响结果，但包括诸如3D运动分析和压力分布分析的其他工具将深化对前爬行期间腿部踢的作用的理解。

在海豚踢期间流动的3D可视化
除了乳房行程和前爬行之外，筑波大学的团队还与挪威，澳大利亚等研究人员合作，研究了吸水者的波动水下游泳（UU）的推进机制，或游泳者经常在转弯后从池边的边缘推开。

国家一级游泳运动员在40多名UUS试验中进行。运动捕获系统和PIV用于捕获游泳运动员周围的3D流场，表明下肢的旋转和脚的运动负责产生导致游泳运动员推进的涡流。最终，该团队能够描述和解释UU的推进机制，以前不太了解的东西。

结论
Takagi教授的体育工程和人类游泳者组合，实现游泳所涉及的力量的流动形象化，扩大了我们的技术知识周围游泳。如果可以更有效地利用游泳者产生的推进力，这将导致性能提高。此外，可以用于准确地重新创建和测量人类游泳者流体动力的人工技术将消除人类游泳技术中看到的变化，提高试验的再现性。