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“菲尔普斯奇迹”的科学--解剖菲尔普斯

本主题由 jzhsun 于 2008-10-3 01:31 PM 置顶

“菲尔普斯奇迹”的科学--解剖菲尔普斯



可怕的菲尔普斯食谱:

据报道,23岁的菲尔普斯每周训练30个小时,每天要消耗12000卡路里。为了补充在训练中损失的卡路里,他必须要在每日的饮食中摄取足够的热量。菲尔普斯也曾表示,他在饮食上并没有太多的限制,喜欢吃的东西,总是吃很多。他必须要尽可能地多补充他要消耗的卡路里。

食谱以鸡蛋、蛋黄酱和脂肪为主。贾尼西·汤姆森教授是布里斯托大学的营养健康学教授,他说:“你不应该尝试像菲尔普斯那样进食,他是一个杰出的运动员,运动量非常大。”菲尔普斯每天几乎要在泳池中游上12公里,他还要进行大量的陆地训练。根据年龄、身高和体重的不同,正常成年男性每天的热量摄取约为2200至2800卡路里。而专家推测,菲尔普斯每天摄入了高达12000卡路里的热量。汤姆森认为菲尔普斯的食谱中蔬菜和水果的比重太少,而且摄入的食盐和脂肪太多。不过,由于游泳运动员长时间处在泳池这个低温环境中,身体需要一定的脂肪抵御寒冷。

菲尔普斯每天的食谱如下:

早餐:3个煎蛋三明治,2杯咖啡,5个鸡蛋饼,1碗玉米粥,3片法式吐司,3块巧克力煎饼

午餐:1磅意大利通心粉,2个火腿芝士三明治,能量饮料(1000卡路里)

晚餐:1磅意大利通心粉,1大块比萨,能量饮料(1000卡路里)



                        早 餐



                         午 餐



                        晚 餐



                  一天食物的总和

即便是这么一架狂烧卡路里的游泳机器,这么大吃大喝能行吗?我们向马克·克里恩(Mark Klion)求证这个问题,他是纽约西奈山医学中心(Mount Sinai Medical Center)的运动医学专家及整形外科专家。他提醒我们,在饮食上玩的任何花样其实都可以归结为最基本的算术问题。


如果你吃下的卡路里数少于运动时消耗的卡路里数,你的体重就会减轻。不过像菲尔普斯这样超大强度运动量的运动员,要担心的事情则是如何补充燃烧掉的大量卡路里。克里恩解释说,如果菲尔普斯不尽快补充卡路里,那么他的“体能无法恢复,肌肉也无法恢复,他就无法为下一次的比赛储存足够的能量。”

在食物的选择上又有什么讲究呢?那一大堆的鸡蛋、火腿、奶酪不一定会对他有什么好处,不是吗?克里恩对此的解释是:“我考虑过这个问题,因为他对卡路里的需求极大,所以他几乎可以随心所欲地吃任何东西。” 另外,克里恩说,要吃下那么多的东西,最好是选择自己爱吃的,否则很难坚持得下来。克里恩指出,要让菲尔普斯一口气吞下一磅豆腐显然就有些强人所难了。

不过,克里恩也提出了警告,他知道有很多马拉松运动员,因为觉得自己可以无所顾忌放开来吃,导致体重上升。所以的确需要好好地计划一下。网上有些资源也许能帮上忙,比如美国心脏协会的卡路里消耗表以及《跑步者世界》杂志刊登的卡路里计算器。由卡路里控制协会设计的这个计算器包括很多的活动,从除尘到冰球运动,不一而足。

不过这类计算器对菲尔普斯这样的人并不适用,他的运动量要远远高于普通人,凯思琳·拉夸勒(Kathleen Laquale)如是说道,她是一位体育教练及营养学家,任教于马萨诸塞州桥水大学。即便从运动员的标准来看,菲尔普斯也是鲜有人及。据拉夸勒说,环法自行车赛的选手通常一天仅需消耗8,000至10,000卡路里的热量。

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各个报道可能又偏差,参考以下英文新闻:

PHELPS' PIG SECRET: HE'S BOY GORGE
Last updated: 6:09 pm
August 13, 2008
Posted: 3:59 am
August 13, 2008

Swimming sensation Michael Phelps has an Olympic recipe for success - and it involves eating a staggering 12,000 calories a day.
"Eat, sleep and swim. That's all I can do," Phelps, who won two more gold medals today, told NBC when asked what he needs to win medals. "Get some calories into my system and try to recover the best I can."

By comparison, the average man of the same age needs to ingest about 2,000 calories a day.

Phelps, 23, will swim 17 times over nine days of competition at the Beijing Games - meaning that he will need all the calories he can shovel in his mouth in order to keep his energy levels high.

Phelps' diet - which involves ingesting 4,000 calories every time he sits down for a meal - resembles that of a reckless overeater rather than an Olympian.

Phelps lends a new spin to the phrase "Breakfast of Champions" by starting off his day by eating three fried-egg sandwiches loaded with cheese, lettuce, tomatoes, fried onions and mayonnaise.

He follows that up with two cups of coffee, a five-egg omelet, a bowl of grits, three slices of French toast topped with powdered sugar and three chocolate-chip pancakes.

At lunch, Phelps gobbles up a pound of enriched pasta and two large ham and cheese sandwiches slathered with mayo on white bread - capping off the meal by chugging about 1,000 calories worth of energy drinks.

For dinner, Phelps really loads up on the carbs - what he needs to give him plenty of energy for his five-hours-a-day, six-days-a-week regimen - with a pound of pasta and an entire pizza.

He washes all that down with another 1,000 calories worth of energy drinks.

Phelps remains on course to at least equal Mark Spitz's record of seven gold medals won at the 1972 Munich Games.

At these Summer Games, a typical day for Phelps starts with a 5 a.m. wake-up call. Most of his races have taken place between 8 p.m. and 10 p.m. ET when in China - 12 hours ahead of East Coast time.

《纽约邮报》的链接为:http://www.nypost.com/seven/08132008/news/nationalnews/phelps_pig_secret__hes_boy_gorge_124248.htm
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美刊揭秘水立方频破世界纪录五大原因

北京时间8月15日消息,据美国《思想绒毛》(Mental-floss)杂志报道,北京奥运会开赛以来,美丽的“水立方”游泳馆简直成了破世界纪录的摇篮,迄今已有十多项世界纪录被刷新。其中,美国名将迈克尔·菲尔普斯的风头最为强劲,迄今已夺得5枚金牌,更为神奇的是,菲尔普斯每一项都打破了世界纪录。事实上,在“水立方”并非只有菲尔普斯一人的表现如此神奇。令人好奇的是,什么原因让游泳运动员在今年变得更高、更快、更强?以下是五点原因。

1.高科技泳衣

菲尔普斯在夺冠后的一次采访中说,由美宇航局科学家参与研制的Speedo LZR RACER泳衣,“让人感觉如离弦之箭,好似鱼儿在水中畅游。”LZR RACER模仿鲨鱼皮的原理,经过超声波粘合结合成型,可以使运动员的腹部处于最佳泳姿,令他们多吸入5%的氧气,不过要穿上这件紧身连体泳衣,要花费30分钟!

2.水立方水池更深

称为“水立方”的国家游泳中心的泳池深达3米,而之前的奥运泳池只有2米。如此一来,游泳运动员可以潜入更深的水下,可以更长时间摆动身体,完成“海豚式打腿”(dolphin kicks)。曾获得过奥运会奖牌的电视评论员罗迪·盖恩斯(Rowdy Gaines):“泳池的深度足以让波浪的扰动消失在水池底部。”

3.泳池10条泳道

水立方有10条泳道,而不是通常的8条,泳池两边各留下1条泳道,这减少了水的扰动,让运动员游地更快。盖恩斯说:“这是迄今为止世界上游泳速度最快的泳池。”

4.训练时间更长

游泳这个项目获得的赞助近年来急剧增长,运动员由此可以将更多时间投入到训练当中。马克·斯皮策(Mark Spitz)在菲尔普斯之前曾是获得奥运金牌最多的游泳选手,然而,由于难以作为业余运动员在社会谋生,他22岁即宣布退役。那个时候,国际奥委会只允许业余选手参加奥运会。而今天,现年23岁的菲尔普斯年收入达到500万美元,如果达到或超越斯皮策的纪录,他还将获得100万美元的奖励。

5.数学之秘密益处

美国伦斯勒理工学院教授蒂莫西·魏(Timothy Wei)曾协助研制了绝密的先进设备和数学方法,美国游泳队教练利用这些方法和设备帮助运动员提升成绩。蒂莫西利用水流诊断技术去分析每名游泳运动员的动作对水流的影响。

问题:第四条提到的训练时间长和上文提到的菲尔普斯每周30小时的训练时间 是否符合现在的训练理念?

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三大秘密造就神奇水怪 菲尔普斯想不快都难




秘密一:大手大脚 上长下短

任何一个看过菲尔普斯身材的游泳专业教练,都会竖起大拇指:“这人就是为游泳而生的!”

菲尔普斯身高1.87,而他的上身长度达到了90厘米左右,这相当于一个2.07的人的上身长度,而且他的臂长达到了2.01(一般人的臂长和身高差不多)。菲尔普斯的教练鲍曼比喻菲尔普斯的身材是“一副容易浮起来的好船身”。2的臂展保证了菲尔普斯每划一下水都会比别人前进更多。

更值得一提的是,索普被人称为“大脚怪”,但菲尔普斯的脚相当于我们国内47的尺寸,比索普只大不小。菲尔普斯更胜一筹的,还有他的“大手”。他的手掌经测量后相当于一位身高2NBA球员的手掌,这等于给他的脚和手装上了“蹼”,每划一下,前进的距离就比一般人要增加很多。

手大脚大,再加上“好船身”和“长臂围”,游泳运动员渴望的好身材全集中到菲尔普斯一个人身上去了,他怎能不成为“水怪”?

秘密二:体质特异 作息规律

2003年,年仅18岁的菲尔普斯在巴塞罗那世锦赛上打破男子100蝶泳世界纪录,比赛后的取样显示,菲尔普斯血液中的乳酸含量仅为5.6毫摩尔/升,这个数值只有其他顶尖高手的三分之一到一半。

众所周知,乳酸被认为是导致人体疲劳的物质。菲尔普斯体内乳酸含量明显偏少,相当于同一场比赛后,他只要休息20分钟就能恢复别人休息1小时才能恢复的能量,这也是他能屡次在大赛上冲击6金或7金的有力保障。

当然,特殊体质离不开良好的作息规律。菲尔普斯在今天赛后的发布会上告诉记者,他恢复体力最好的方法就是睡觉。北京奥运会游泳决赛每天上午进行,他下午都要睡一个很长的午觉,晚上10点准时入眠,早上430分左右起床。经过一系列的热身和调整,一般到上午10点至11点之间,他的身体机能就到了最佳状态。

秘密三:胃口奇大 渴望胜利

正常人一般一天需要摄入的热量为2000卡路里左右,但这只是菲尔普斯每天从饮料中摄入的热量,他每天摄入的热量大约为4000卡路里。

在今天的新闻发布会上,菲尔普斯首次透露了自己的食谱:早上吃谷类、牛奶和鸡蛋,主食一般是通心粉和匹萨,再补充点碳水化合物。听上去很简单,但菲尔普斯却没报“数量”。据奥运村一位工作人员透露,菲尔普斯一顿早餐曾经吃了8个鸡蛋。而美国ESPN一位评论员也曾感慨:“你如果看到过菲尔普斯吞下一大堆鸡蛋薄饼的场面,你肯定终生难忘。”

不但吃得好,睡得着,菲尔普斯还拥有一颗永远渴望胜利的心。“一到了泳池里,我就什么也听不见了,我只知道前进,再前进!”菲尔普斯曾这样形容自己。他的教练鲍勃也感叹,菲尔普斯的注意力远比一般人要集中,只要到了泳池里,任何人也不可能打扰到他,眼中就只有“胜利”二字了!

[ 本帖最后由 jzhsun 于 2008-8-16 01:38 AM 编辑 ]
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美国游泳队靠“流动测量法”冲击奥运金牌

据《科学日报》网站报道,北京奥运会正进行得如火如荼,美国国家游泳队赛前利用了“流动测量法”等最先进的训练技术手段,已初步在本届奥运会上表现出惊人的效果。该方法通过测量游泳选手与水之间的相互作用力以及运动周期,进而帮助选手达到最佳身体伸展周期,以夺得最佳成绩。

在奥运会游泳比赛中,几个名次之间的差距通常只有几毫秒。如何将运动员的最大潜能发挥出来,把握住这几毫秒的优势从而在游泳比赛中占得先手,是当前各个国家游泳队教练员与运动员的训练突破重点。美国伦斯莱尔科技学院(Rensselaer Polytechnic Institute)的专家们在此方面做出了不懈的努力,并取得了成果。他们尝试通过流动测量技术(flow measurement techniques)等诸多先进的训练方法及科学精密仪器来帮助美国的游泳健儿们发挥出自己最大的运动潜能,助其在北京奥运会上争金夺银。据介绍,美国游泳队教练员们对这些辅助训练技术及器材表示满意,有信心在比赛中续写佳绩。

蒂莫西·卫是美国伦斯莱尔科技学院教授,他负责该项研究工作。他表示,在比赛时,这一技术能帮助游泳运动员们提高手击打水面等环节的速度,并争取到更多的时间。“这些都是实实在在的有效提高成绩的训练手段,我们目前拥有一整套物理辅助训练系统。我们通过对运动员游泳过程中自身游动以及水流的各种数据进行汇总,得到此前我们所没有注意到的翔实资料,此后我们便可以根据运动员在运动过程中与水之间的相互作用情况对运动员进行辅助指导。而目前,这些方法已经被美国游泳队采纳,这些技术为运动员的自身特点的发挥起到了十分重要的辅助作用。”

在此之前,游泳教练们通常利用计算机模拟以及仿真系统来矫正运动员们的动作,而卫教授所做出的研究的意义在于,他对水流测定分析技术做出了重大改进,并且将此前的物理测量工具进行了进一步综合与修改;此外他还将用于航空航天研究的基于影像分析的流动测量技术Digital Particle Image Velocimetry (DPIV)运用到游泳训练当中,以即时向教练员们汇报出游泳选手的训练状况。

美国国家游泳队教练肖恩·胡赤森(Sean Hutchison)表示,“我认为该项研究观察技术被引用到游泳训练中来具有很重要的意义,通过这些设备所收集到的运动员训练状况,我便能够对选手们的状态,运动周期以及其他方面有了十分清晰的了解,而这也为奥运会中选手们取得满意的成绩增添了很重的砝码。”

卫教授认为该技术最大的贡献在于,它可以使得教练员以及运动员详细深入了解自身情况和水流运动的情况,该系统运用了极为复杂的数学分析,以及止动影像技术,而这些技术可以分析水流极为细小的运动状况,并同时估算出运动员所由此承受的作用力大小。卫教授表示,“每一名游泳运动员应该对水流运动有所了解,清楚自己做出每一个动作时所产生的作用力,以及之后这些作用力又是如何影响水流运动的。”

美国国家游泳队生物力学项目研究经理拉塞尔·马克(Russell Mark)表示,“游泳研究已经进行了数十年,运动员周围水流的变化研究又是所有研究里的重中之重,因为专家们如果能够对运动员施加于周围水流的作用力过程,以及水流对运动员的反作用力详细过程研究清楚,科学家们必将最终帮助运动员发挥出自身最大的运动潜能。目前来说,在自然的状态下的水流环境研究对于游泳运动员的辅助效果不是很大,而卫教授的最新研究技术对于要争夺北京奥运金牌的游泳教练以及运动员来说无疑是十分及时的,可以十分有效的帮助运动员们得到进一步的提升。”

事实上,近几年以来卫教授一直致力于研究怎样最有效的帮助美国游泳选手发挥出自身最大的潜能项目,而卫教授的这项研究成果最早成形于2007年。在2007年的10月份,美国国家游泳教练员与队员们正式开始应用该训练技术,他们将运动员的运动特点与该辅助训练技术的分析结果进行不断的比照与改进。卫教授表示,这对于运动员来说,确实是一个大胆的尝试,因为他们将花费相当多的时间来适应新的训练手段。

在开始此项目之前,卫教授一直在从事航空与机械运动研究,以及为美国海军提供水动力学方面研究指导,自从他加入美国游泳研究团队后,他的研究领域又拓展向了生物学。卫教授表示,他对美国国家游泳队十分有信心,他们必将在北京08年奥运会上取得辉煌的成绩。此外,他也将进一步改进目前的研究成果,并希望该成果能使美国奥运游泳之师所向披靡,在2012年伦敦奥运会上成为真正的梦之队,“这真是独一无二的美好经历,每个人都在为整个团队做出自己的贡献,我真得感到十分激动,当队员们需要我时,我能够帮助他们得到他们所想要的,这真的十分美妙。”

据介绍,美国游泳队一直以“高科技含量”闻名于世,世界著名的泳衣制造商SPEEDO公司曾在2004年雅典奥运会之前推出一款全新的“鲨鱼皮”第二代产品——FSII泳装。这款新式泳衣在原先“鲨鱼皮”泳衣基础上进行了改进,充分运用了仿生学原理和新材料技术,不仅能够尽可能减少阻力,同时还可以压缩选手的肌肉、推迟乳酸引起的疲劳。同时,此款新泳衣根据身体游进中受水阻力的不同,在腰肋等部位采用了不同的纤维,能使泳衣更好地包裹住身体。而这一高科技泳衣也帮助了美国人最终在雅典奥运会上独揽12枚金牌。而如今,美国游泳健儿又在“流动测量法”的“武装”下,十分迅猛地提高成绩,美国游泳头号选手菲尔普斯曾表示要在北京奥运会夺得8枚金牌,依目前情况看,菲尔普斯或许真的可以兑现当初的承诺。

科学日报原文:
http://www.sciencedaily.com/releases/2008/08/080808104931.htm



[ 本帖最后由 jzhsun 于 2008-8-16 10:44 AM 编辑 ]
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游泳:天赋、训练和技术 一个都不能少


菲尔普斯绝对是游泳界的“超人”,仅在2004年雅典奥运会便一人独得6块金牌。对于他超凡的运动能力,有太多的记者施以重墨。菲尔普斯是一个运动天才,他的身体就像鱼儿一样,手和脚则让人联想到独木舟的划桨。他的成功告诉人们,如果没有天赋作基础,在奥运赛场上夺冠几乎是不可能的事情。对于菲尔普斯来说,如想在北京打破马克·施皮茨(Mark Spitz)创造的在一届奥运会上独得7枚金牌的纪录,仅具备完美的自然条件还是远远不够的,只有将天赋、训练和技术三者有机结合才有可能在赛场上创造历史。

身体条件:菲尔普斯的身体条件可谓完美无缺,就像是一台为夺金而生的游泳机器。他的臂展长达6英尺7英寸(约合2),比身高高出3英寸(约合7.62厘米)。他的躯干较长,腿则相对较短,内腿长为32英寸(约合81.28厘米),所有这些天生优势让他在水中所向披靡。

生物化学:在蝶泳等项目中,划水会导致乳酸在肌肉中堆积,进而影响选手发挥。菲尔普斯肌肉中的具体乳酸水平仍旧是一个谜,但据测试结果显示,他体内天然产生的乳酸数量要远远低于绝大多数游泳选手。

柔韧性:一些运动项目需要力量,比如铅球,其它一些项目需要柔韧性,比如体操,而游泳却是二者缺一不可。菲尔普斯的肘部、膝盖和踝部柔韧性极高,这就使得他在划水时产生较其他选手来说更小的阻力。

流体力学:200自由泳比赛中,选手以每小时3.8英里(约合每小时6.1公里)的速度前进时,会消耗290千焦能量用以克服阻力。为了减少能量消耗,菲尔普斯采用一种更为高效的游泳姿势——低头提臀。

技术:菲尔普斯是海豚式打腿高手,通过触壁转身后拍打双腿,他能够获得比划水更快的速度,这一优势可帮助他领先其他选手半个身位。

训练:菲尔普斯每天坚持训练,泳池中训练时间为4个小时,地上训练时间为1个小时。由于游泳运动员每小时大约要消耗1000卡热量,菲尔普斯通常只吃高碳水化合物食物,以避免糖原消耗。

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劈波斩浪走蛟龙

摘自《奥运中的科技之光》,赵致真著。转载请注明。

“游泳时的三大阻力并非一成不变,随着速度增加,摩擦阻力按线性增加、压差阻力按平方增加、波浪阻力按立方增加,但由于主导部分始终是压差阻力,因此总阻力基本和速度的平方成正比。”

虽然游泳竞赛项目和奥运会同龄,但前三届设置过的20个单项已有85%被淘汰,可见百年间游泳的变迁之大。早期的自由泳是指“八仙过海”的任意姿势,但由于爬泳速度最快,于是运动员便无一例外的选择爬泳,以至于自由泳成了爬泳的代名词。二十世纪早期,出身于澳大利亚游泳世家的卡维尔对民间朴素的“狗爬式”进行了系统改造。1924年巴黎奥运会上,后来成为好莱坞明星和“人猿泰山”扮演者的美国选手维斯穆勒首次在百米赛中突破1分钟大关,并创造了两臂轮流划水一次、两腿打水六次的标准爬泳动作。蛙泳则经历了更多的嬗变,1956年墨尔本奥运会以后,随着国际泳联新规则的出台,潜水蛙泳最后的繁盛随波而逝,新生的蝶泳则正式从蛙泳的支脉中“破茧而出”,自立门户,从此形成了泳坛“四大家族”的稳定格局。

人在水中为什么能够不下沉?其实人体70%的成分是水,平均密度在0.96至1.05之间。男人和女人,老人和孩子,胖子和瘦子,呼气和吸气的人体密度都略有不同。一个标准身材的成年人受浮力作用,头露出水面时的体重大约3公斤。不过身体浮力的合力点即“浮心”由身体浸入水中各部分的几何中心决定,和人体重心并不重合,上体因比重小而趋于上浮,下肢因比重大而趋于下沉,会产生扭转力矩。如果将手臂平伸过头就会使浮心和重心更加靠近了。



为什么百米短跑比百米游泳快得多?因为地上和水里的运动机制完全不同。田径运动员靠脚蹬地面产生反作用力奔跑,地球同时被脚掌“蹬开”的距离可以忽略不计。而人在水中游泳却没有固定的支撑,只能靠推动一定质量的水向身后作加速度运动,使自己借助反作用力前进。挥动的双臂和踢打的两腿如同“螺旋桨”,是产生推力和升力的引擎。加大“马力”的基本原则是划水和蹬夹水的速度要尽量快,用力方向的肢体投影面积要尽量大。两届奥运会上五夺金牌的澳大利亚游泳名将索普天生一双蒲扇般大手和47码的大脚,使他相当于戴了一副小号的手板和脚蹼。2004年雅典奥运会上获得6枚金牌的美国泳坛领军人物费尔普斯也因为生就一副“大手大脚”在水中占尽了便宜。而要提高用力的效率,减少体能的浪费,还要有正确合理的姿势、手形、迎水角度和划水路线。



游泳时的三大阻力并非一成不变,随着速度增加,摩擦阻力按线性增加、压差阻力按平方增加、波浪阻力按立方增加,但由于主导部分始终是压差阻力,因此总阻力基本和速度的平方成正比。不过千万别以为水的阻力越小越好,如果抱水、抓水、划水、蹬水、打水的时候没有阻力就会让两手扑空、两腿打滑而失去一切动力。简单的诀窍是,凡推进身体向前的“有效动作”都要充分利用阻力,凡阻碍身体向前的“无效动作”都要尽量消除阻力。自由泳之所以最快,就是因为身体平直、速度均匀、S型划水、空中移臂等优势,而蛙泳之所以最慢则由于体态相对倾斜、速度忽快忽慢、收腿伸臂等还原动作必须在水中完成。不过蛙泳却从来是最普及和最具实用性的游泳姿势。



让时间回到奥运会之初,用棉织平纹布和罗纹布制成的游泳衣松懈又兜水,带来很大的阻力。羊毛和丝绸的面料渐渐使游泳装更加紧凑和贴身。而荒唐陈腐的道德观念曾一度将游泳服视为异端。第7届安得卫普奥运会上夺得3项游泳冠军的美国“女飞鱼”布莱特雷因在海滨穿短裤游泳而遭逮捕,“道学家”给她安的罪名是“有伤风化”。1975年,荷兰学者在船槽中把穿与不穿游泳服进行对照试验,发现穿游泳服比裸泳的阻力减少7%。原因是人作为四肢动物,经过这种“包裹”和覆盖,能够使全身曲线更加平滑和接近流线型,自此游泳服的“穿脱之争”告一段落。1988年汉城奥运会上,美国队的“大力士”游泳服备受瞩目,聚氨酯纤维和超细尼龙纤维不仅使游泳服的重量再度减轻,双向伸缩性和整体平滑度都达到一时无两的完美。到了二十世纪九十年代,无论从质地材料到设计制作理念,游泳服都进入了全新的快速发展时期。

2000年悉尼奥运会成了鲨鱼皮游泳服的“大秀台”。澳大利亚泳星索普和他的队友身披一袭黑色的连体紧身泳装,英姿勃发,形貌奇特,宛如碧波中勇猛的鲨鱼。这种游泳服按照激光测量的运动员身体数据进行三维设计,用不亲水的特氟纶纤维精制而成,将运动员从脖颈到手腕、脚踝包个严实。它的核心精华是,仿照鲨鱼皮肤真实的结构,在游泳服表面排列了百万个细小的棘齿。当水分子沿着这些棘齿流过时,会产生无数微型的涡流,使得“边界层”的分离点推后,从而延迟和弱化尾涡的形成。这是一笔合算的交易,增加小额的摩擦力,减少大额的压差阻力。表面光滑的高尔夫球一杆只能打出几十米,而布满500来个圆形或六边形小坑的“麻脸”高尔夫球却可以打到200米开外。鲨鱼皮游泳服上小棘齿正是起着“麻子”的作用。
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“鲨鱼皮四代”是不是在忽悠人?

英国的Speedo公司(Nike的失败!!!)生产的第四代鲨鱼皮(快速皮肤FASTSKIN IV-激光竞速者LZR - RACER)。一套LZR-RACER售价高达600美金,而且需要专人帮助花四十分钟才能穿上,更要命的是,这种泳衣的寿命太短,只允许穿六次。



研发过程的视频:http://www.youtube.com/watch?v=dvMdqvO3R9g&eurl=http://www.ath1337.net/lzr-racing-swim-suits-new-technology-or-cheating/

Speedo公司官网上研发的一个视频,超酷:http://www.speedo80.com/lzr-racer/video_player/play/computational_fluid_dynamics

Speedo公司利用了自己庞大的签约运动员名单,扫描了世界上四百余名顶尖的游泳运动员的几何外形用来制作阻力实验的模型。Speedo的研发团队–Aqualab(水运动实验室),Speedo公司聘请了拥有世界上最先进水槽之一的新西兰奥塔格大学和长期致力于流体阻力研究的美国航天航空局(NASA)来进行阻力实验。

中国游泳队赞助商Nike公司终于顶不住各个国家队对成绩的追求的压力彻底缴枪投降,发表声明允许在全球范围内赞助的所有国家游泳队改穿其他品牌参加北京奥运。中国泳联从全球LZR-RACER唯一的供货商,一家设在葡萄牙的制衣厂定做了58套”鲨鱼皮”。有队员表示,穿这种泳衣非常难受,恨不得马上把它脱掉,所以会在水里拼命的游。不管如何,LZR-RACER是攒足了心理优势。加上最近,国际泳联免费为Speedo公司宣传,宣布Speedo公司采用的新材料并不违反国际泳联关于泳衣不得使用增加浮力和速度的规定。鲨鱼皮四代就此摧枯拉朽般的占领了奥运泳衣市场的大片江山,宣告了Speedo上百万英镑的研究经费没有白白砸出去,取得了营销市场的绝对性胜利。

花絮:人们最早认为裸泳速度最快,但是由于太”拉风”,并没有人在比赛中采用过。但是运动员担心体毛茂盛,把头发胡子,身体各处的体毛都剃光来减少阻力却是普遍现象。后来,据说荷兰科学家经过研究得到了穿泳装比裸泳速度更快的结论。这个研究的目的,研究的独立性和可信度还值得进一步讨论。而且,研究者是否只是研究了欧美人的身体呢?亚洲人体毛较少,会不会有不同的结论呢?但是有一点是肯定的,本着和谐社会,八荣八耻的精神,我们还是不提倡裸泳的,所以泳池中的科技研发战将愈加激烈。

■材料:LZRRacer泳衣选用的材料“LZRPulse”,是借助了美国国家航空及太空总署(NASA)测试航天器进入地球大气层后表面承受摩擦力的风洞,对100余种材料进行了测试后选定的。

■实验:根据Speedo公司技术人员介绍,科研人员在设计泳衣时,先利用CFD电脑系统,让根据真人创建的身体模型在电脑里做模拟游泳的实验。通过模拟实验可以发现,游泳时运动员身体的不同部位受到的摩擦阻力不同,而男、女运动员所受到的摩擦阻力也有明显区别。

■外观:泳衣的灰色部分是高弹力的非凡材质,包裹在几个主要的大肌群上,强有力地压缩运动员的躯干与身体其他部位,降低肌肉与皮肤振动,帮助运动员节省能量,从而提高成绩。

■设计细节:
平滑拉链隐形黏合平贴于泳衣背部,拉链设计要求与运动员脊椎相吻合,如果歪一点,那么拉链会自动绷开。
腰部稳定系统可以保证游泳运动员在整个游行过程中,特别是在后半程体能出现下降的情况下,仍能保持稳定的姿势。
首次运用无缝黏合技术,超声波黏合接缝让泳衣更加平滑,显现出运动员完美曲线。

■穿着:要穿上这件泳衣也着实是件麻烦事。据悉,一个运动员仅仅依靠个人的力量是根本不能穿上鲨鱼皮第四代泳衣的,这个过程需要至少两个人帮忙,并且要花费超过40分钟的时间才能完成。根据了解,运动员在穿之前要在手脚上都套上塑料袋,之后旁边的协助人员要用手指一点点从脚踝部向上推,绝对不能拉扯。

■对比:由于完全使用高科技材料,在第四代鲨鱼服的面料成分中,已经完全找不到传统意义上的纺织物。

■史话:

第一代鲨鱼皮:2000年FASTSKIN
采用纤维模仿鲨鱼皮肤结构,能引导周围的水流,减少水阻力并提高游进速度3%-7.5%。作为鲨鱼皮的代表,这款泳装在悉尼奥运会上风靡全球,有83%的参赛选手选择身穿鲨鱼皮参加比赛。

第二代鲨鱼皮:2004年FASTSKIN2
在第一代的基础上,在面料的表面加上颗粒状的小点,目的是减少30%的水阻,整体功能比第一代提升7.5%。2004年的雅典奥运会,获得奖牌的运动员中有47人就是穿着这款泳衣登上领奖台的。

第三代鲨鱼皮:2007年FASTSKIN FS_PRO
由防氧弹性纱和特细尼龙纱组成。它的弹性比同类产品高15%,可以减少肌肉振动和能量损耗。在2007年1年时间里,协助世界各国运动员先后21次打破世界纪录。

第四代鲨鱼皮:2008年FASTSKIN LZRRacer
第四代由极轻、低阻、防水和快干性能LZRPulse面料组成,是全球首套以高科技熔接生产的无皱褶比赛泳装。在近一个月内产生的16项新的世界纪录中,有13项是由选手穿着这款泳衣创造的。

■争议

技术兴奋剂?

由于新一代鲨鱼皮的神奇功效使许多游泳选手都对其“趋之若鹜”。其中,北岛康介的例子最为明显,此前“日本蛙王”的赞助商是日本美津浓公司,但是北岛康介坚持要穿提速泳衣的决心不容更改,在他的一再力挺下,日本泳协也开始更弦易张,允许运动员自由选择游泳服装。

虽然诸多游泳选手对提速泳衣甚为“感冒”,但是其中也不乏一些讨伐之声。克罗地亚运动员杜耶·德拉戛尼亚身披“LZRRacer”在曼彻斯特打破50米自由泳男子世界纪录。但他却对公司声称的产品性能有些怀疑。“泳衣不错,但没(宣传的)那么好。”德拉戛尼亚说,“游得快就是游得快。不管穿不穿这种泳衣都是这样。”

而且,一些人甚至将提速泳衣贬低到“技术兴奋剂”的地位。一位美国游泳队的内部人士就说:“虽然提速泳衣看起来很管用,但是,它也带来了不平等,这让科技先进的国家占了很大的便宜。”

“鲨鱼皮”很难适合亚洲选手

由于以欧美运动员的版型为蓝本设计制作的“鲨鱼皮”泳衣,几乎从来就没有为各个选手“量体裁衣”的习惯,只有像菲尔普斯这样的大牌才能享受到个别待遇。因此,亚洲选手在将其“拿来主义”的同时,很多情况下自然而然地会出现“水土不服”:由于腹胸相对较为平坦而出现前胸兜水的情况。而韩国选手朴泰桓给出的最终解决办法是,使用从腰到脚踝这一部分的泳衣,这不但很好地解决了兜水问题,也充分发挥了新泳衣的提速作用。2004年罗雪娟曾穿Speedo泳衣夺得雅典奥运会金牌,但她穿的并不是“鲨鱼皮”。

[ 本帖最后由 jzhsun 于 2008-8-16 02:56 AM 编辑 ]
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装备对成绩的影响的科学争锋

如今这鲨鱼装可是出尽了风头的时髦玩意儿,搜狐新闻前不久才报道说中国游泳队也终于同意队员们穿着Speedo公司的最新款LZR Racer泳衣出征北京奥运了。根据主教练张亚东的说法,“我们做这个决定并不是要换泳衣,而是同意让运动员选择自己适合的泳衣参赛。……不一定其他牌子泳衣一定比中国队赞助商提供的好,这关键还是要看运动员适不适合。”的确,披着鲨鱼皮冲破世界纪录的欧美选手们,身材和技术特点都和东方选手有所差异。这泳装在他们身上的塑身效果未必就能百分百挪用给中国的队员们,减少阻力的百分点恐怕也得打上折扣。不过这倒好解决,向Speedo定制适合东方人的产品嘛,毕竟开公司的谁会放着生意不做呢。关键是他们的泳衣真有那么神奇吗?真的比传统技术的产品更优越?真的是世界纪录频频改写的原因?

我先看了看公司网页上的产品介绍,相比普通泳衣LZR Racer能把阻力减小十来个百分点。来自美、英、法、澳的世界顶级运动员们在镜头前描述他们试穿的感受,说入水之后感觉到了明显的轻松,贴身的设计对肌肉张弛、泳姿保持都有很好的帮助。夺金大热门迈克·菲尔普斯作为产品代言人之一,更是赞不绝口:“我一入水就觉得自己像支火箭一样。”可是接受其他体育公司赞助的运动员,态度要谨慎得多。今年四月份广州日报的一则消息中称“中国队不相信鲨鱼战衣”,“张亚东认为,过分夸大鲨鱼泳衣的作用其实是一种商业炒作。大部分运动员也表示,成绩和泳衣没有太大的关系,无论是谁,都不可能依靠泳衣来提高成绩。”

大家都站在各自的立场上各执一词,这口水仗打起来可不像比赛那样胜负立辨,我还是先别下结论。让普通人雾里看花的高科技产品,总要有一些内行站出来用科学原理和数据说话,才显得公允一点。Science Daily杂志在上个月采访了NASA(美国国家宇航局)参与鲨鱼装研发的物理学家,通俗地介绍了一下他们改进和测试泳衣纤维材料的方法。权威的机构,流体力学的专家,严格的物理测试,铁打的实验数据——这总可以作为泳衣提高成绩的证据了吧?别急呀,科学家也是分很多种的嘛。比如生理学家会从他们的角度来提出异议:这些数据都是实验室条件下测出来的,真实的比赛情况下运动员的动作和做实验的时候差别很大,环境也不同,泳衣的实际效果到底怎样还很难说。而且即使没有这种高科技,运动员成绩还是会不断提高的,因为现代人营养结构和训练方法的进步会创造出越来越好的身体条件。所以破纪录到底是因为实力还是装备,不能光凭一帮物理学家的实验就匆忙下结论。

难搞了,还是没有统一答案。这时搜索页里跳出来一个印第安纳大学的小组,一句话吸走了我的眼球:“这是一个统计学问题。”统计学家,哈哈,原来他们也在关注游泳大赛。仔细读网页,原来早在上世纪六十年代数据采集就已经开始了。统计学一个惯常思路就是利用大量的数据来“寻找越界者”:自然界发生的事件因为有随机性,即使在外界条件相对稳定的情况下,测得的数据也会有所差异。这个差异是有一定范围的,如果某个值远远地偏离出范围之外,就很可能是别的因素在“作怪”。这正是印第安纳小组的推理基础。

这儿有个例子来说明他们是怎么分析得。在美国奥林匹克选拔赛的男子100米自由泳成绩中,把从1968年到2000年为止,进入决赛的八名选手的平均成绩按年份统计出来,作出一张曲线图:

(纵坐标是游完全程的时间,横坐标是年份。本数据版权归美国印第安纳大学游泳科学咨询中心所有,完整pdf文件可以在他们的网页下载。)

这是一条呈级数递减的曲线,一直到2000年,数据点都较好地贴在曲线附近。也就是说,男子一百米自由泳的时间在逐年减少,而且减少得越来越快。数据点贴近曲线,说明实际的观测与曲线所表现出来的关系所吻合。那么,如果我们想象这条曲线“自然延伸”,就可以预测一下2004年的成绩。通过统计学计算出来的预测值,是百分之九十五的可能性落在49.09秒至49.59秒之间。那么实际情况如何呢?49.33秒(在USA Swimming网站有完整比赛结果),落在预测范围之内。(当然了,这个范围是多少有数学上的严格界定,不是随随便便画出的一条线。这方面我们就给统计学家们一点信任吧。)

我们知道鲨鱼装最早出现在奥运会是2000年,关于它的争论从那时就已经开始了。然而直到2004年,观测值都没有太多的偏离曲线,说明成绩的进步和鲨鱼装出来以前的趋势相比没什么大变化。那么对这样的进步,用生理学家的解释更靠谱,主要还是归于现代人身体条件的改善。

可是08年,事情起了变化,数据点开始大幅度地偏离预测值。根据印第安纳大学小组对今年美国选拔赛的报道,大部分运动员的实际成绩比预测要好,人数远多于往年。也就是说,用以往的经验已经预测不准了,实际成绩在不合常规地加速进步。在水池边的冠军们大多数都披着新款鲨鱼皮,这次它的影响足够大,使运动员的进步速度光用身体素质提高已经解释不了了。

观察上面图中时间减少的规律,不是直线下降,而是减少得越来越缓慢。主要原因可能来自两方面:首先人的身体素质能提高到什么程度是有个极限的,菲尔普斯再怎么感觉自己像火箭也不可能变成火箭,越到后面进步就越难。其次根据流体力学说,在游泳的时候,速度越快,水对人的阻力就越大。阻力越大,想提高成绩自然也越难。在这双重障碍下,每届运动会之间的成绩差别就变得越来越微小。相比之下,鲨鱼皮的帮助作用就凸显出来了。也许在00年或者04年鲨鱼皮已经开始起作用了,只不过那时成绩的提高幅度也大,作用不如今年这样明显罢了。

这样看来,在运动员,公司,物理学家,生理学家,和统计学家的轮番轰炸之后,更多的证据支持鲨鱼皮能提高成绩的说法。这当然不是件坏事,毕竟这么多研发人员的心血没有白费,Speedo公司没有忽悠人,中国队没有做出无谓的决策。

可是高科技运动装备会影响到公平竞争的体育精神吗?LZR能提高成绩是否意味着所有运动员都得选择Speedo作为赞助商以免处于劣势?这样依靠装备的比赛对于提高人类身体素质的体育宗旨又意义何在?寻找这些问题的结论,恐怕就不能光靠科学了。

附:NASA程师用风洞研制高科技泳衣备战奥运
http://www.sciam.com.cn/article.php?articleid=2031



[ 本帖最后由 jzhsun 于 2008-8-16 02:36 AM 编辑 ]
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解剖菲尔普斯:天生奇才他拥有游泳者黄金身材



“外星人” 、“水怪”、“菲鱼”是继“巴尔的摩的子弹”之后菲尔普斯最新获得的一系列绰号,从这些绰号的内容中不难看出,这个屡屡创下奇迹的大男孩的表现让人们有多么惊奇。菲尔普斯是怎样炼成的?天赋异禀、科学训练、科技泳衣……让我们一起来探究菲尔普斯的奥秘。

天生奇才

他拥有泳者的黄金身材

达芬奇名画《维特鲁威人》展示的是意大利人心目中人类最完美的身体比例,也令人惊叹地蕴涵了人体结构的种种协调之处与奥秘,通过将这张世界上最著名的人体结构素描图,与迈克尔·菲尔普斯与众不同的身体比例进行比较,或许将能解开“菲尔普斯的密码”。

点评:前苏联著名作家亚历山大·别利亚耶夫在1928年曾写过一篇名为《海陆两栖人》的科幻小说,书中的主人公通过手术,获得了鱼一样的腮,因此可以在水中存活。菲尔普斯的身体仿佛就像为水而生,但他的状况更令人神往———因为他是天生如此,而非后天改造。在海平面渐渐上升、陆地或将被淹没的未来背景下,莫非菲尔普斯就是人类进化的方向?

因病得福

泳池外的他,就像离开水的鱼

在一般人的意识里,运动员的体能一定很好,然而令人诧异的是,菲尔普斯离开泳池后,却像一条离开水的鱼一般迷迷瞪瞪,他经常会无缘无故地摔倒,地上的体能测试,他也总是队内的倒数第一。

小学六年级的时候,菲尔普斯被诊断出患有注意力缺失和多动症,为了治病,他需要服用利他林这样的中枢神经兴奋药。这种药物的副作用就是嗜睡,为了对付这一点,菲尔普斯开始疯狂运动。“那时候我每天都要练曲棍球、棒球还有游泳。”菲尔普斯说。

23岁的菲尔普斯仍然有时不时“魂游天外”的毛病,据悉,深知他秉性的教练鲍曼,12年来在重大比赛前总习惯要狠狠地“把他摇醒”。

菲尔普斯还曾有患上“马凡氏症”的阴影,“马凡氏症”是一种发病几率为五千分之一的怪病,且无法根治,典型特征就是臂展明显超过身高(1.05∶1),且手掌宽大、手指修长、身体柔韧,这对运动员来说似乎是一个福音,但马凡氏症可能会导致运动员在剧烈运动之后突然死亡。在比赛中猝死的前美国女排名将弗洛·海曼正是一个“马凡氏症”患者。为了保险起见,医生建议菲尔普斯最好每年进行一次体检。

点评:美剧《神探阿蒙》的主角是个神经质患者,他的敏感帮助他破获了不少奇案悬案,却又让他与世界格格不入,倍感孤独。虽然未经证实,但菲尔普斯的体态确实展现出了“马凡氏症”的症状,这令人不由得要念叨阿蒙的经典台词:“这是天赋,亦是诅咒。”

心理
从幼年起,菲尔普斯就在教练鲍勃·鲍曼的指导下开始了“魔鬼训练”:第一个下水,却是最后离开泳池———纵然天赋异禀,要造就一个天才,仍然无法缺少那99%的汗水。

手掌
菲尔普斯的手掌犹如船桨一般宽阔。

体重
84公斤
菲尔普斯的臂展(2.01米)与身高(1.93米)比例达到1.04∶1以上,而《维特鲁威人》认为和谐人体的这一比例应当是1∶1,这样的人体结构异于寻常,却赋予了菲尔普斯在水中矫健如蛟龙般的奇异能力。

柔韧性
菲尔普斯的手肘、膝盖、脚踝等关节处柔韧度极高,超凡的柔韧性让他在水中能够充分借力。人体在水中能达到最快速度时的体态,一般人做不到,但菲尔普斯可以。


14号(相当于国内47码)
大脚使得菲尔普斯的脚面弯曲度超过常人15度。

臂展(手臂展开总长度)
6英尺7英寸(2.01米)

身高
6英尺4英寸(1.93米)

生理
菲尔普斯的心脏每分钟可泵出超过30升的血液(常人是15升)。经历一场激烈的比赛后,普通运动员要花20到30分钟才能平复下来,而菲尔普斯的恢复时间不到10分钟。

躯体
宽广的肩膀、窄小的臀部、平直的后背、偏长的躯干和相对较短的小腿(81厘米)———这样的完美比例,使他更容易在水中找到平衡,并将水的阻力减到最小。

肌肉
生物学家研究鱼类时发现,鱼接近骨骼的肉如果很紧密,是游得快的表现。这恰好符合菲尔普斯的条形肌肉特征。

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美国电视台的评论员介绍菲尔普斯:
“这个美国人的优势是如此巨大,肺活量竟达到一万五,超过正常人太多了,而身体的乳酸分泌却是正常人的一半,所以不容易疲劳。他已经成为了神奇和传奇的象征,他的泳姿很具观赏性,就像神话中的人鱼,他应该生活在海洋里。”

韩乔生说:

“当然,我还有个建议,奥运会结束后,最好把菲尔普斯留下来,让全世界的医学专家做个解剖,看看他有什么特殊的装置。如果困难,把菲尔普斯的老妈留下来也行,看看他们的DNA究竟有何不同。”
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