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作者:赵致真 来源:科学时报 发布时间:2008-8-12 2:58:42
中流击水看飞舟
 
船速似箭,船形如梭,彩色的浮标隔开6个赛道,翻飞的桨叶如手脚的延伸,赛艇运动的确很像游泳。不过,这里的“游泳者”是船,这片“游泳池”的面积也大得多。从1829年开始,牛津大学和剑桥大学在泰晤士河上的校际赛艇对决成为伦敦的一大盛事。奥林匹克之父顾拜旦也是赛艇高手,他亲自将赛艇项目安排进1896年首届雅典奥运会,可惜爱琴海湾的自然水域风高浪急,致使比赛无法进行。1900年巴黎奥运会上,赛艇在塞纳河首次下水,此后便一直没有中断。赛艇运动按照乘员人数、使用单桨或双桨及有无舵手划分为不同项目,欧洲人一直高踞赛艇的霸主地位。英国名将雷德格雷夫在5届奥运会上获得金牌,9次蝉联世锦赛冠军,身患糖尿病后仍在2000年悉尼奥运会上力拔头筹,使他成为彪炳于史册的赛艇巨星。
 
1964年东京奥运会上,苏联选手伊万诺夫在同东德选手赫尔的激烈争夺中用力过度而在终点线前短暂休克,但惯性前进的船仍以3.73秒的优势把他送上了冠军宝座。赛艇不像帆船能在风的鼓动下获得连续的动力,每当桨叶划水时,由于驱动力大于水的阻力使赛艇速度增加,一旦桨叶离开水面,这种驱动赛艇的“正力”便立即消失,船靠惯性继续运动,并在水的阻力作用下减速。作为一个运动系统,赛艇乘员的质量占70%以上,船体的质量不足30%,桨的质量在5%以下,三者的重心随时处于相对运动中。“回桨”动作和身体在滑座上的前移都会产生“负力”影响船的前进。赛艇动力的脉冲性变化带来速度的周期性波动。
 
如同跑步的快慢由步频和步幅决定一样,船的速度与“桨频”和“划幅”两个变量相关。每划一桨让船艇移动的距离叫“划距”,也就是比赛全程除以划桨次数,它反映了选手划水的效率。从桨叶入水、划水到回桨,各动作环节的时间比例叫划船的节奏,这些看似简单的“基本功”都有很深的学问。
 
一条八人赛艇有20米长,仅60厘米宽。多亏这些远远伸展到舷外的桨架,加大了桨的长度,并使船的宽度不受桨的限制。赛艇的前进靠桨推动水产生的反作用力,所获得动量的大小等于桨推开水的质量和速度的乘积。用宽阔的桨叶推动大质量的水低速运动,比用狭窄的桨推动小质量的水高速运动更有效率。从岸上观察,船桨可以视为物理学中“第二类杠杆”,即受力点在支点和施力点之间。
 
桨叶作为相对不动的支点,将力量传到受力点桨架上推动赛艇前进。把封闭式桨拴改为活动式桨环,大大提高了划桨的幅度。
 
在平行于赛艇纵轴的滑轨上安装带轮子的座板,划桨便不再只是胳膊的劳作,随着周期性的前俯后仰、臂拉腿蹬,运动员身体也来回滑动,使腰背和腿部力量都得到了充分发挥。而脚蹬架则提供了一个很好的“立足点”。
 
澳大利亚女子赛艇队员罗宾斯在2004年雅典奥运会八人艇决赛中“撂挑子”,距离终点线650米处突然“弃桨罢赛”并躺在船上,致使全队痛失获奖机会。赛艇不比足球,罚下一个运动员仍可以照赛不误,船上少一位桨手就会影响力量对称带来航向偏转。赛艇的运动员是背对着终点的,为了确保在2000米直线航道上不偏不倚行进,需要凭借着起点线之外的“叠标”随时校准方向。这是一个大尺度的“瞄准”装置,“三点一线”原理类似枪械上的“准星”。2.5米高的标志牌在前,5米高的标志牌在后,中间相距约30米。运动员在划行途中可以随时观察两块牌上醒目的黑线是否重叠来判断赛艇有无偏离航向。
 
有舵手的赛艇主要靠舵来控制方向。舵叶垂直浸没在水中并能绕舵轴转动,一定冲角的水流对舵叶产生压力迫使船体转向,使船具有可操纵性。赛艇的舵手是“一船之魂”,不仅手操舵柄把握方向,而且通过电动扩音器发号施令、调整战术、鼓舞士气。中国队为备战2008年北京奥运会,大张旗鼓从平民百姓中选拔八人单桨赛艇舵手,得到国际奥委会的高度评价并引起赛艇界极大兴趣,认为这一创举不仅使“贵族气息”的赛艇运动平民化和普及化,还可能会像火炬接力一样成为“奥运文化遗产”。
 
回顾历史,早在1879年,耶鲁大学赛艇队就是由中国留学生钟文耀“掌舵”,夺取了全美大学生赛艇冠军。1900年巴黎奥运会上,荷兰赛艇运动员白兰特和克兰就曾经“临阵易帅”,用7岁法国儿童换下了体重132磅的成年舵手伯劳曼,最终赢得双桨轻舟比赛金牌。1952年赫尔辛基奥运会,法国运动员塞利斯和迈希尔获得冠军时聘用了14岁的舵手马利瓦奥;1960年罗马奥运会上,13岁的小舵手泽塔“指挥”德国名将纳拜尔和莱纳博格一举夺魁。相对而言,舵手不需要过人的体能和技巧,但更需要智慧的头脑和心灵。具有良好素质的“门外汉”经过一段强化培训是可以“胜任愉快”的。竞选赛艇舵手,也许是平民百姓变成“奥运英雄”的唯一机会。
 
孟关良和杨文军在2004年雅典奥运会上夺取男子双人划艇500米金牌,让更多的中国人开始了解这项运动。据说划艇的源头可以追溯到印第安人的独木舟。这种菱形的一叶扁舟上“人无座,船无舵,桨无架”,人、船、桨彼此之间处于不停的相对运动中。运动员前腿弓,后腿跪,两脚和膝盖形成的钝三角形支撑面落在船的几何中心上。单人划艇的桨手只能在船的一侧划桨,来自单边的动力会和船的阻力中心产生力偶,引起船体转动。这便需要桨在划行时靠紧船舷,并且在每桨结束时用“拐弯”的“J”形划水动作起到“操舵”作用,以保持船的直线航行。
 
人们尽可以将皮艇与划艇相提并论,统称为皮划艇,但绝不能将二者混为一谈。划艇为船体敞露、无遮无拦的“开放式”,皮艇则为船体密封、水泼不进的“闭合式”。4000年前,爱斯基摩人的皮艇将海狮皮蒙在鲸骨、木头的架子上,再用鲸油进行防水处理,这一属性保留至今。皮艇的桨杆两头各有一面桨叶,方向互相垂直,在船的两侧此起彼落、轮流划动,远看宛如美丽的风车。运动员坐在舱中紧凑而伏贴,实现了船和身体“合二为一”,所以皮艇特别灵巧。
 
激流回旋是奥运会最惊心动魄、险象环生的水上比赛了。在犬牙交错的礁丛和奔腾咆哮的漩流中跌撞摔打,这原本是自然河道上的运动项目。1972年慕尼黑奥运会首次在奥格斯堡修建了一条人工赛道,使激流回旋摆脱了自然条件限制并进入了奥运会。可惜由于造价昂贵,此后整整20年令承办国望而却步,直到1992年巴塞罗那奥运会才重新成为常规竞赛项目。激流回旋赛道的设计追求“别出心裁”,长约300米左右的弯环河道落差有6米,强大的泵站以每秒近20吨的流量将水抽取到“上游”后滚滚而下,崎岖盘陀的河床在许多位置设有地槽,安装可移动式障碍和礁石,造成千变万化的飞湍瀑流。皮划艇到达终点后,传送带能再次把运动员连人带船提升到起点。
 
世上没有任何一次完全相同的激流回旋航程,在雪浪鼎沸、水如乱云的河道上,“读水”是运动员随机判断“水情”、“水性”的能力。狭窄的“咽喉”水流湍急,较宽的“肚子”水流减缓,不仅越离开岸线靠近中心水流越急,而且底部河床和水面空气的阻力都会使“中间层”流得最快。跨河索缆上悬吊的“门杆”一路排成25个水门,其中至少6个逆水门,伫候选手依次穿过。这些红色的逆水门都设置在障碍物后面,“礁石”逼水成漩,水面涡大如轮,只有巧妙利用漩涡的回流力量,才能通过“定桨”动作完成下降旋转、原地旋转和上升旋转,在“龙门阵”中进出自如。某种意义上说,激流回旋就是逆水门技术的较量。
 
船体在水中的阻力受多种因素影响,冬天接近0℃的水“黏滞性”更强,对船体的阻力比夏天的水高出一倍。船体形状、材质和吃水的“湿面积”都是工程师殚精竭虑的课题。从天然木材、玻璃钢、尼龙到聚酯纤维、卡夫拉纤维、碳纤维,赛艇和皮划艇经过百年的“脱胎换骨”变得更轻、更韧、更坚;船体的改进使波浪阻力和摩擦阻力显著减小,桨叶形状的变化让划桨效率节节提高,计算机的应用开启了船艇最优化设计的新时代。今天,五大洲的江、河、湖、海上,到处都有“诺亚方舟”的绵绵种子和人类中流击水的勃勃英姿!
 
《科学时报》 (2008-8-12 要闻)
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