问题

从流体力学角度讲,游泳时大胸(被竞赛泳衣裹成半球体)更快还是平胸更快?

回答
关于游泳时大胸(被竞赛泳衣裹成半球体)和平胸哪种更快,这确实是一个有趣且涉及流体力学的问题。要详细分析,我们需要分解成几个关键点来探讨。

核心问题:形状对阻力的影响

在流体力学中,物体在流体中运动时受到的阻力是影响速度的关键因素。阻力主要包括两个部分:

1. 压差阻力(Form Drag): 这是由物体表面流体压力分布不均造成的。流体在物体迎风面产生高压,在背风面产生低压。这个压力差在物体运动方向上产生一个向后的力,就是压差阻力。物体的形状是影响压差阻力最主要的因素。流线型、光滑的物体能减小背风面的涡流,从而降低压差阻力。
2. 摩擦阻力(Skin Friction Drag): 这是由于流体与物体表面之间的粘滞性引起的。流体在物体表面附近形成一层边界层,边界层内的流体相互摩擦产生阻力。物体的表面积和表面粗糙度是影响摩擦阻力的主要因素。

大胸(竞赛泳衣包裹) vs. 平胸:形状的差异

想象一下,一个被竞赛泳衣紧密包裹的胸部,特别是女性的胸部,其形态更容易被塑造成某种“形状”。

被竞赛泳衣包裹的大胸: 竞赛泳衣的材质和剪裁设计,尤其是那些高科技的泳衣,其目的是为了“优化”身体的流线型。如果胸部本身较为丰满,泳衣会将其“拢”成更集中的、相对光滑的半球状或更接近流线型的形状。这种包裹和塑形,理论上可以使得胸部区域的轮廓变化更平缓,形成一个相对“光滑”的迎流面。
平胸: 平胸的女性,其胸部区域的轮廓会更加接近身体的自然平面。在泳衣包裹下,这个区域的凸起会更小,身体的整体截面积变化也会相对更小。

流体力学分析:

1. 压差阻力(Form Drag):
包裹的大胸: 如果泳衣能够有效地将胸部塑造成一个非常光滑、连续的流线型(例如,一个抛物面或椭球体的一部分),并且这个形状与身体其他部分的流线型结合得很好,那么它可以有效地减小胸部区域的压差阻力。关键在于“光滑”和“流线型”。如果包裹得不好,或者胸部本身的突出度在泳衣下产生不规则的凸起或凹陷,反而可能增加压差阻力。
平胸: 平胸区域的形状变化较小,更接近一个相对平坦的表面。从流线型设计的角度来看,一个完全平坦的表面并非最优。然而,如果胸部非常扁平,那么它可能不会在身体正面形成一个明显的“突起”,因此也就不存在“打破”身体流线型的风险。相较于一个形状不佳的包裹,一个近乎平坦的表面可能产生的压差阻力也会相对较低。

关键点: 压差阻力与物体迎风面积和形状系数(Cd)有关。Cd值越低,压差阻力越小。一个极度流线型且光滑的半球体,如果其“曲率”与水流的配合得当,其Cd值可能比一个不规则形状的突出物要低。但一个非常平坦的表面,虽然不是理想的流线型,但如果它不产生大的涡流,其Cd值也可能很低。

2. 摩擦阻力(Skin Friction Drag):
表面积: 理论上,一个胸部隆起的部分会增加身体的表面积。因此,被包裹成半球状的大胸,其接触水的表面积可能会比平胸区域的表面积更大。
包裹的影响: 竞赛泳衣本身是为了减小摩擦阻力而设计的,其材质通常非常光滑。泳衣紧密包裹,使得胸部区域的“表面”变得更加光滑统一,这有助于降低摩擦阻力。

关键点: 摩擦阻力与表面积和表面粗糙度有关。尽管大胸可能增加表面积,但如果泳衣足够光滑,这部分增加的摩擦阻力可能被抵消,甚至可能由于泳衣的“抛光”作用而降低。

综合考量与实际情况

将以上两点结合起来,情况变得复杂:

理想情况下的竞赛泳衣+大胸: 如果竞赛泳衣能够完美地将一个大胸塑造成一个极度光滑、与身体其他部分无缝衔接的流线型,那么从压差阻力的角度来说,它有可能比一个相对平坦但不够“流线型”的表面产生更低的阻力。这是因为一个精心设计的曲面可以更有效地引导水流,避免形成大的涡流。
现实情况:
泳衣的包裹能力: 并不是所有的泳衣都能完美地“塑形”。如果泳衣仅仅是简单地覆盖,而没有达到紧密贴合、平滑过渡的效果,那么大胸的突出部分反而可能成为水流的“障碍”,增加压差阻力。
人体形状的复杂性: 人体不是一个简单的几何形状。胸部的脂肪分布、肌肉结构,以及泳衣的贴合程度,都会影响最终的形状。即使是平胸,如果身体其他部分(如肩膀、手臂)的轮廓处理不好,也会产生额外的阻力。
“平”的定义: 如果“平胸”是指身体正面轮廓非常平滑,几乎没有起伏,那么在某些情况下,它可能比一个不完美包裹的大胸产生的总阻力要小。

我的观点:

从流体力学的纯粹理论上讲,一个被高度优化的、光滑的流线型(比如一个完美的抛物面或球冠,如果能完美包裹)比一个完全平坦的表面在某些流速下可能能产生更低的阻力,因为流体更倾向于沿着光滑的连续曲面流动,减少分离和涡流。

然而,在实际游泳中,我倾向于认为,对于大多数女性而言,平胸(或者说胸部区域非常平滑、没有显著凸起的身体)在穿着标准竞赛泳衣的情况下,可能更容易实现更低的整体阻力。

这是因为:

1. “完美流线型”的难度: 要将大胸包裹成一个真正优于平胸的流线型,需要非常高科技的泳衣设计和极佳的身体贴合度。很多时候,泳衣的包裹并不能达到理想的“光滑曲面”效果,反而可能因为胸部的“堆积”而产生不规则的凸起,增加阻力。
2. 表面积的增加: 即使泳衣光滑,胸部的隆起本身就会增加身体的湿润表面积,理论上会增加摩擦阻力。
3. 身体整体的协调性: 游泳速度的快慢,最终取决于身体整体的流线型和划水效率。胸部区域的微小差异,可能远不如肩膀、背部、臀部和腿部的流线型处理来得重要。如果一个平胸女性的身体整体轮廓非常平滑,那么它可能比一个胸部有轻微“突起”或包裹不完美的大胸女性,整体阻力更小。

总结来说:

理论上,一个“完美”包裹、极度流线型的大胸可能优于一个仅仅是“平”的胸部。但在现实的游泳环境中,鉴于泳衣包裹的实际限制以及人体形状的复杂性,平胸(指胸部区域无明显凸起、身体轮廓平滑)可能更容易在实际中实现较低的总阻力。 重要的是身体整体的平滑度和流线型,而不是胸部本身的大小。

当然,这只是一个理论上的分析,实际情况还会受到个人游泳技术、划水力量、腿部打水效率等多种因素的影响,这些因素对速度的影响可能远大于胸部形状的微小差异。

网友意见

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这是我回答过最羞耻的问题,我都想匿名了。

我大致想象了一下整个过程,如图。

不用说,伯努利原理肯定是基本考点。迎流面积大当然也是阻力大的重要原因。

再从能量的角度讲,水的阻力做功,一部分会转化为欧派的弹性势能,而弹性势能势必会又转化为动能……所以整个过程会出现欧派在水里往返微颤,并且加速度越大,颤动越厉害,那么女性运动员的动能势必会被这样的形式消耗一部分。

而平胸不用说了,




很难找对象……




(求别打,开玩笑啦~)

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本文假定运动过程中胸形状不变,特此声明!

如果模拟要考虑胸形状改变的话,这属于强流固耦合问题了,可考虑一下浸没边界法,或者物质点法,应该都可以实现~

阻力系数统计起来也有些麻烦,就不统计了,根据速度和压力场分析一下胸大小的影响。

数值模拟采用comsol软件。

首先需要确定计算域和模型,计算域长6m,宽4m,妹子长2m,宽0.3m

长两米的妹子身高1米6,懂的都懂~
妹子在水中以1m/s的均速打腿前进~

网格较为粗糙,但对边界层进行了加密,结果还是可信的。

模型和边界条件:流动状态为层流,速度入口1m/s,压力出口0Pa,上下和妹子四周均为壁面边界条件。

在太瘦没胸时,得到的速度场和压力场如下,压力云图legend中的最高压力为519.31Pa,且最高压力出现在手的位置。

接下来需要解决胸的大小问题,没经验,特地百度了一下。

罩杯:A 10cm、B 12.5cm、C 15cm、D 17.5cm、E 20cm、F 22.5cm。

10cm的A罩杯的结果如下,流体经过A胸会发生扰动,压力云图legend中的最高压力为520.63Pa,且最高压力出现在手的位置。

15cm的C罩杯计算结果如下,速度场的结果显示,大胸对流场影响大,对后面的人的运动干扰更大!压力云图的图例最高压力为532.61Pa,且最高压力出现在手的位置。

综上,本文主要结论如下:

1、大胸会对流场造成影响,可能会对跟在身后的人的游泳造成影响;

2、压力云图显示,大胸会使得最高压力增大,如果其与阻力是相对应的话,那就会造成阻力增加。

但由于这种阻力增加的不是很大,这种影响可能是可以忽略掉的,各位请见仁见智!

希望能对大家理解罩杯对游泳的影响有帮助~

本人第一次写如此硬核的回答,别白嫖了,想赞就赞吧,别害羞,尺度大点儿~!!

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以下是玩具风洞得出的结果:

平胸:

大胸:

====6.11更新====

/*细化了人体模型*/

平胸:

大胸:

可见大胸本身肯定会导致更大的阻力,但是由于头部的遮挡效应,这个阻力增加得并没有那么明显。

另外,大胸似乎在某种程度上起到了类似敞篷汽车挡风玻璃(大雾)的作用,使得下半身(尤其是脚部)的阻力有轻微减少。

======6.11更新======

其中红色是高压区,蓝色是低压区

显而易见地,大胸的前后存在很高的压差,会导致更高的压差阻力。

Q.E.D


然后是机翼:


可以清晰地看到,椭圆形物体背风区域流动很平稳,负压较小。而三角形物体背部出现了湍流(实际上出现了卡门涡街,但是没视频没法展示)。

产生湍流会消耗很多能量,从能量守恒的角度,显然效率会变差。

当然,这只是亚音速条件下的情况。

对于超音速飞机来说,除了压差阻力和摩擦阻力外还有激波阻力,超音速后速度越快激波阻力越大,因此往往采用更能减少激波阻力的尖头机翼。

而在水中,前面有答主提到了船上的球鼻艏。实际上,球鼻艏减小的是“兴波阻力”。船在水中航行时,我们会看到船艏会产生波纹。球鼻艏的作用在于,在巡航速度下,会产生相位相反的波,叠加起来减小最终产生的波纹。从能量守恒的角度来看,产生波纹会耗能。波纹减少了,耗能减少,自然效率提高。

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女孩子欧派的主要成分是脂肪,不像胸肌一样能提供动力,而会产生阻力,所以平胸更快。

原理大概是,压差阻力比较大,欧派前面挡住水流,压强大;后面产生涡流(vortex),压强减小。前面比后面压强大,产生阻力。不过,在水中欧派受到水流的冲击会发生一定的变形(竖过来看大概就是胸下垂),前面的压强也不会特别大。

这只是一般性的讨论,对不同泳姿可能还需要特殊看待。

其实女运动员一般都不太显形,一是大运动量使得体脂率降低,二是在穿泳衣的时候一般都会刻意束胸以减少阻力。

(草,答这个问题好羞耻)


啊啊啊这么多赞是什么鬼啦X﹏X


别赞了别赞了,我一本科生也不是物理系的,分析得也不一定对。。。


这个问题疑似被毕导当成了视频素材,从评论区可以看到这使得相当多的女生感到不适。有可能是毕导处理方法不好,但是还是提醒大家,胸部“可远观而不可亵玩焉”,除非那是你女朋友的。

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