如何跳水(跳水时最安全的姿势,你猜对了吗?)
更新时间:2022-11-01 12:43:18跳水是一件刺激又好玩儿的事情。我们可以在体育竞技场上欣赏专业的运动员高水平的比拼,也能在海边看到许多人兴奋地从高耸的岩石上一头扎进水里。
但很多人忽略了,对未经训练的普通人而言,跳水同样是一件带有危险的事情。水的密度差不多是空气的1000倍。如果你从一种非常稀薄的介质,进入另一种非常密集的介质中时,势必会经历巨大的冲击。
在人类生物力学的研究中,有大量关于下落伤害的文献,特别是针对老年人的研究,还有许多关于运动伤害的探索,比如脑震荡。但关于跳水伤害的研究却少之又少。
近日,一组研究团队对跳水过程的生物力学进行了详细探索。他们测量了头、手和脚首先入水的跳水姿势带来的冲击,以及在不同跳水高度下受伤的可能性,为安全跳水提供了数据驱动的建议,并提供了测量不同形状的生物落入水中时影响的模型。论文已发表在《科学进展》上。
3D模型实验
在生活中,人们会以各种不同姿势跳入水中,团队因此希望研究入水部位的影响。此外,他们还想就物体或不同形状的前端如何进入水中,提出一种更普遍或一般的理论。因此,他们研究了不同姿势的人类和动物的入水前端,并测量了不同形状的冲击力。
研究人员使用3D打印模型,模拟了接近真实大小的人类头部和躯干、伸出手臂的躯干和头部,以及脚,还有不同动物的模型,包括港湾鼠海豚的头部、北方塘鹅的喙,以及蛇怪蜥蜴脚的模型,分别研究了弯曲、尖的和平的形状对水面的冲击。
他们在模型上安装传感器,投入水中,并测量作用在它们身上的力,以及这些力是如何随时间分布的,从而建立起了一套理论模型,描述各种形状的力的增加,以及这些力如何随着跳水高度而增加。
然后,他们将高度和冲击力,与人类肌肉、韧带和骨骼所能承受的力绘制在一起,并发现在不同的高度和不同的潜水姿势下出现不同伤害的概率,比如锁骨、脊柱和膝盖受伤。
对于未经训练的跳水人员来说,研究人员发现,在头先入水的情况下,8米以上的高度会带来脊髓和颈部受伤的可能;在手先入水的情况下,12米以上则会带来锁骨受伤的可能性;而在脚先入水的情况下,15米以上则可能膝盖受伤。
安全的跳水指导
团队表示,这项成果可以帮助指导人们做出更安全的跳水选择,例如,如果想要从比较高的地方跳下,脚先入水应该是一种相对更安全的选择。
目前,人们创造的纪录可能超过研究发现的这些数字。比如,极限运动员拉索·沙勒(Laso Schaller)曾从58.8米的高度,以脚先入水的姿势跳入水中。研究人员表示,想要在这种极端的高度跳水而不受伤,就必须调动适当的肌肉,使得身体变得更硬、更紧。
研究还强调了,俯冲式入水的动物在减轻跳水冲击方面的适应性有多强。例如,北方塘鹅的喙有着较小的角度,让它们能够以每秒24米的速度进入水中。海豚长着较短的融合的颈椎,在它们游动时能够支撑头部。这些都是它们适应冲击的有效特征。
事实上,这些研究的背后还有一个更广泛的研究计划,希望了解动物或物体如何穿越界面。除了动物的跳入水中以及跳出水面的研究,目前还有一个项目正侧重于研究狐狸是如何一头扎进雪地里的。
研究通讯作者、康奈尔大学生物与环境教授郑成万(Sunghwan Jung,音)表示,“我们非常擅长让飞机在空中飞行,使潜艇在水中移动,但是穿越界面,就像你在动物世界中看到的那样,对我们来说却并不是一件容易事,而且这也是工程师和科学家非常感兴趣的事情。”
也许这项研究可以帮助阐明未来新的工程设计,让系统能够胜任这一任务。
参考来源:
https://newsrnell.edu/stories/2022/07/look-you-leap-study-provides-safety-guidelines-diving
https://www.science/doi/10.1126/sciadv.abo5888
https://www.newscientist/article/2330947-physicists-calculate-highest-dives-most-humans-can-safely-withstand
封面图/首图来源:Cornell University
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