水阻力是游泳最大的敵人 Part 1
水比空氣密度大784 倍
阻力公式是 0.5x (密度)Cd x (速度)^2
也就是說水的阻力比空氣大784倍
你的身體不流線條的話 水看得到的都成為你的阻力,把你往後推.
昨天說到頭要往下看 而不是往前看
原因是你往前看的時候你扭著脖子,你的下半身自然就低於水面. 水越深 壓力越大,阻力也越大. 還有水本來從前方只有看見你的頭、肩膀、和手臂 面積非常小. 你屁股下去以後水看得見你的肚子、胸和腿 面積增加 水毫無仁慈的就用力阻擋你.
所以記得,你手臂再用力的划,也比不過水的阻力. 還不如順著她,把自己變成一個新幹線一樣流線條的子彈列車.
頭往下看,挺胸,屁股用力翹,讓身體都浮著靠水面,水可能會對你好一點.
老婆教練教我的.
空氣阻力速度公式 在 徐國峰 HSU KUO FENG Facebook 八卦
【跑步前傾的時機?比賽時需要一直保持前傾嗎?】
每次講完跑步技術的課之後,總有不少人在課後會來信(或用臉書傳訊息)來問:前傾的時機是什麼時候?跑一場比賽下來需要一直保持相同的前傾角度嗎?這次安平夜跑的太榮再提出來後,就有股衝動想再用文字整理與分享出來……
先回答第二個問題,我的答案是「不用」。
若是在400公尺的操場上進行比賽(或是在完全平坦的道路上進行馬拉松),技術優秀的菁英跑者真正需要加大的前傾角度就只有在開賽的前幾秒而已。從物理上來看:
●mа=mg × sin α
●消去人的體重m,
●因此 а=g × sin α
也就是說,水平加速度(а)跟前傾角度(α)成正比,前傾角度愈大,加速度愈大。但在比賽時我們不可能一直加速,所以也就不用一直前傾那麼多。
試想一下,如果有兩位跑者的5公里最佳成績都是20分,也就是平均步速是4:00/km (時速15km/hr)。起跑是速度是0,要「加速」到時速15公里,就是要靠前傾(當然推蹬也可以,只是比較費力)。加到你所能維持的速度後,接著就只要「維持等速」→保持慣性。
那此時還要前傾嗎?
要的。但已經不用再像起跑加速時一樣向前傾那麼多,此時前傾的目的是為了克服「保持慣性時所產生的阻力」,這些阻力有三種:
●風阻:慢跑時當然不用考慮風阻,但從流體力學的公式來看,風阻=1/2×空氣密度×移動速度的平方×風阻係數×身體橫斷面積。速度加快一倍,風阻會成平方倍數成長。所以當你跑到時速15公里以上(四分速)時,風阻可是很可觀的。
●腳掌落地時所產生的磨擦力
●腳掌跨到身體前方時所形成的剎車效應。
在維持速度時,除了風阻是你無法減少的之外,磨擦力和剎車效應都可藉由跑步技巧來減低。所以在判斷兩位5公里PB都是20分的跑者誰的技巧比較好,可以看他們在跑步的過程中誰的前傾角度比較小。前傾角愈小,代表他的跑步技巧比較好,因此產生的額外阻力比較少。反之,另一位5公里PB也是20分但平均前傾角度較大的跑者,則代表他的技術較差,但體能較好。
不管技巧好壞,人體的結構在跑步過程中(起跑時的動作不算)所能維持的最大前傾角度極限是22.5度,目前量測出最大的前傾角度是百米的世界紀錄保持人博爾特(Usain Bolt),他在打破世界紀錄時,最後60~100公尺的平均前傾角度是21.4度。
我們再來看看長距離選手:目前10公里的世界紀錄是由衣索比亞的凱內尼薩.貝克勒(Kenenisa Bekele )於2005年8月26日在比利時布魯塞爾所創下,時間是26分17秒53 (時速為22.83 km/hr,步速為2:38/km)。他在這個速度下的平均前傾角度是17.3度。當我知道這個數據,也開始使用影像分析來研究其他菁英跑者的跑姿時,發現不少長距離跑者的平均前傾角度也是17度,但他們的步速也才每公里3分多,離2:38/km還有一大段差距,為什麼呢?這是一開始困惑我的地方。
後來才知道答案很簡單,因為這些跑者的動作產生太多額外的阻力,也就是落地時的磨擦力與剎車效應太大。當然,若他們的技巧(與腿長)都跟貝克勒一樣,理論上在17.3度的前傾角度下都可以跑出每公里2分38秒才是,但能否維持就跟體能與肌耐力有關了。
但因為大部分的跑者技巧都沒那麼完美,具體來說就是:
●腳掌觸地時間較長,因此落地的磨擦力較大
●腳掌向前跨得離臀部(重心)較遠,因此剎車效應較大
在相同的前傾角度下,卻只能跑出更慢的速度,正是代表「每一步都一直減速再重新加速的結果」。
對於技術優良的長跑者而言,在跑馬拉松時,需要加大前傾角度時間只有:在起跑時(取得最初的加速度)加速達到自己的M配速(Marathon Pace)、進補給點有停頓重新啓動與上坡時。
另一點需要注意的是,要確定自己是不是有前傾的動作,需要拍攝與錄影,自己的感覺是不會準確,而且大部分的人會誤以為前傾是肩膀往前,但真正的前傾部位應該是臀部才是,肩膀和臀部應該盡量保持在同一鉛直線上。透過攝影,你才能確定實際的跑姿是否與臀部前傾(上身挺直)的感覺一樣。
PS:此圖為2015/08/02中壢西園路河堤旁訓練剪影
空氣阻力速度公式 在 余海峯 David . 物理喵 phycat Facebook 八卦
為什麼冬天呼吸道疾病容易傳染?(一方面是)因為飛沫飛得更遠。麻省理工物理教授呂迪亞.波茹以芭(Lydia Bourouiba)2014 年的研究。
我在某新浪網新聞看到這個。原始論文可以從 Google 學術搜尋取得全文,或者某個你或許知道的地方,詳見文末 Ref。
論文很長,因為學術要求不忘本,所以花費很多篇幅 include 先前該領域的文獻(流體物理——液滴、氣溶膠的方面以及流行病學的方面),還得一五一十說清楚她的實驗配置與資訊分析方法(以利他人複製檢查結論)。
但總之就是,教授她用高速攝影機的影像,透過電腦分析影像資料,研究了人打噴嚏之後,口沫會怎麼橫飛。
我直接殺到讓我自己恍然大悟的亮點:
為什麼冬天容易傳染各種飛沫傳染的疾病呢?說來簡單,因為冬天飛沫飛更遠。
去年我在 每日一冷〈為什麼雲不會掉下來〉那篇寫得不算精緻的文章裡,就涵蓋到解謎的所有關鍵而不自知。要多虧波茹以芭教授實際的觀測與分析,讓其中的物理更加一清二楚。
冬天環境空氣冷又乾,密度大。但從人肉色的肺裡出來的氣體,又溫又潮濕。我們都知道熱空氣的密度小,但其實濕度高的空氣密度也小——詳細理由是「道爾吞氣體分壓定率」:水的分子量 18 比空氣的 28.8 小。又溫又潮濕的噴嚏就輕上加輕,在相對重的冬天冷空氣中會上浮。
一口噴嚏中含有各種半徑的口沫液滴,大的液滴在高速運動中破裂為小液滴。因為空氣阻力與重力,液滴越大降落越快,液滴越小降落越慢。
物體的 #終端速度 估算公式為 v = √( 2W / (C.ρ.A) ),W 為重量,A為截面積,ρ為密度,C為與形狀有關的常數。若液滴半徑為 r,因為 W ∝ r³、A ∝ r²,因此 v ∝ √ r 。白話文,終端速度和半徑的平方根成正比。
於是極小的液滴在上升氣流中就不只不太會掉落,甚至會跟著氣流被往上帶。
於是,溫熱潮濕的噴嚏就形成了一朵雲。論文中稱為 cough cloud(但她實驗的對象確實是搔搔鼻子打噴嚏,並不是咳嗽)。冬天的室內便成為傳染病的溫床。
波茹以芭教授在 Science Friday 這個節目(→ youtu.be/-pGudblk8Ok?t=171,內含實驗影片)的採訪中提到,目前大部分室內空調是從天花板排氣,就能順勢將這團有部分浮力的噴嚏雲,吸到天花板排放走。
我們怎麼運用這個研究結果?當然防止沒戴口罩的人沒用手臂把整張臉摀住就打噴嚏(←根本欠打)是最根本的第零步。 <此段有誤故刪除> 然後假設室內能以暖氣維持在夏天的溫濕度,人吐出的氣團就沒有那麼大的浮力上升,因而能讓噴嚏雲飛不遠了......新的問題是人們能忍耐四季皆夏的溫溼度嗎 囧rz。
因為科學是無敵的。←信心喊話一下
*有點冗長的改正 edit note: 經網友指正,我嚴重誤會了一點,訪談中 Bourouiba 教授言下之意是排氣口在高處是明智之舉。我對空調設計的認識不夠就亂講真是......重要!不要完全相信網路上的人,他們有可能亂下結論,包括我。
Displacement ventilation 是指在室內低處引入戶外空氣,利用熱空氣會上升的自然傾向,由天花板把空氣吸走,使室內空氣呈上升的單向流動。至於這樣對防治傳染病有無助益,結論並不篤定。反倒有可能因為上升氣流的存在,讓汙染性微粒懸浮在人類身高的高度,稱為 lockup phenomenon ←新增這段有參考資料,是 doi.org/10.1371/journal.pone.0211390。
有沒有可能整個逆轉,做到室內都是下沉氣流,不讓噴嚏雲上升呢,但想得容易,實際得克服的天然難題是只要存在溫差空氣就自然會對流。這真的是商機,待你研究發明,就從研讀流體力學先。
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Ref:
Bourouiba, L., Dehandschoewercker, E., & Bush, J. W. (2014). Violent expiratory events: on coughing and sneezing. Journal of Fluid Mechanics, 745, 537-563.
DOI: 10.1017/jfm.2014.88
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▅小澄清:
武漢肺炎冠狀病毒的傳染途徑仍未完全釐清,並不知道到底是接觸、飛沫(大滴的)、空氣(所謂空氣就是極小飛沫、極少量病毒即可有效傳染)之中的哪一些途徑。十七年前的SARS,雖然曾經因為淘大花園的社區群聚而一直傳出不排除空氣傳染,但最終各方分析的定調是由水汙染而接觸傳染(淘大花園的傳染者該名病患,症狀以腹瀉表現且排泄物中病毒量高——也就是糞口傳染),所以就和這篇提到室內乾濕度、飛沫飛得遠沒有直接關聯了。接觸傳染的防止是在盡可能不要接觸染污表面,常洗手、不觸碰眼口鼻黏膜。
這篇文章不意在提供特定的防疫建議,是為一般的生活科學。畢竟,就算冠狀病毒不會空氣傳播,我們很確定流感會、水痘會、麻疹更是會(←麻疹超霸道),還有肺結核和天花(←所幸後者滅絕了,大概吧)。
因此這小知識還是很實用的,讓你以後在公共場合聽到有人咳嗽就會像知道得太多的 Bourouiba 教授本人一樣,疑神疑鬼。 #NightmareFuel