中流擊水看飛舟

科技之光

船速似箭，船形如梭，彩色的浮標隔開6個賽道，翻飛的槳葉如手腳的延伸，賽艇運動的確很像游泳。不過這里的“游泳者”是船，這片“游泳池”的面積也大得多。從1829年開始，牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)在泰晤士河上的校際賽艇對決成為倫敦的一大盛事。奧林匹克之父顧拜旦也是賽艇高手，他親自將賽艇項目安排進1896年首屆雅典奧運會，可惜愛琴海灣的自然水域風(fēng)高浪急致使比賽無法進行。1900年巴黎奧運會上，賽艇在塞納河首次下水，此后便一直沒有中斷（圖1）。賽艇運動按照乘員人數(shù)、使用單槳或雙槳及有無舵手劃分為不同項目，歐洲人一直高踞賽艇的霸主地位。英國名將雷德格雷夫在5屆奧運會上獲得金牌，9次蟬聯(lián)世錦賽冠軍，身患糖尿病后仍在2000年悉尼奧運會上力拔頭籌，使他成為彪炳于史冊的賽艇巨星（圖2）。

（1）1829年牛津和劍橋大學(xué)在泰晤士河上的賽艇競賽

（2）在2000年悉尼奧運會上賽艇比賽力拔頭籌的英國名將雷德格雷夫，再次見證了永不放棄的奧運精神

1964年東京奧運會上，前蘇聯(lián)選手伊萬諾夫在同東德選手赫爾的激烈爭奪中用力過度而在終點線前短暫休克，但慣性前進的船仍以3.73秒的優(yōu)勢把他送上了冠軍寶座。賽艇不像帆船能在風(fēng)的鼓動下獲得連續(xù)的動力，每當槳葉劃水時，由于驅(qū)動力大于水的阻力使賽艇速度增加，一旦槳葉離開水面，這種驅(qū)動賽艇的“正力”便立即消失，船靠慣性繼續(xù)運動，并在水的阻力作用下減速。作為一個運動系統(tǒng)，賽艇乘員的質(zhì)量占70%以上，船體的質(zhì)量不足30%，槳的質(zhì)量在5%以下，三者的重心隨時處于相對運動中?！盎貥眲幼骱蜕眢w在滑座上的前移都會產(chǎn)生“負力”影響船的前進。賽艇動力的脈沖性變化帶來速度的周期性波動。

如同跑步的快慢由步頻和步幅決定一樣，船的速度與“槳頻”和“劃幅”兩個變量相關(guān)。每劃一槳讓船艇移動的距離叫“劃距”，也就是比賽全程除以劃槳次數(shù)，它反映了選手劃水的效率。從槳葉入水、劃水到回槳，各動作環(huán)節(jié)的時間比例叫劃船的節(jié)奏，這些看似簡單的“基本功”都有很深學(xué)問。

（3）槳架在賽艇結(jié)構(gòu)中起著重要的作用

一條八人賽艇有20米長，僅60厘米寬。多虧這些遠遠伸展到舷外的槳架（圖3），加大了槳的長度，并使船的寬度不受槳的限制。賽艇的前進靠槳推動水產(chǎn)生的反作用力，所獲得動量的大小等于槳推開水的質(zhì)量和速度的乘積。用寬闊的槳葉推動大質(zhì)量的水低速運動，比用狹窄的槳推動小質(zhì)量的水高速運動更有效率。從岸上觀察，船槳可以視為物理學(xué)中“第二類杠桿”，即受力點在支點和施力點之間。槳葉作為相對不動的支點，將力量傳到受力點槳架上推動賽艇前進。把封閉式槳拴改為活動式槳環(huán)，大大提高了劃槳的幅度（圖４）。

（4）船槳可以視為第二杠桿

在平行于賽艇縱軸的滑軌上安裝帶輪子的座板，劃槳便不再只是胳膊的勞作，隨著周期性的前俯后仰、臂拉腿蹬，運動員身體也來回滑動，使腰背和腿部力量都得到了充分發(fā)揮。而腳蹬架則提供了一個很好的“立足點”。

澳大利亞女子賽艇隊員羅賓斯在2004年雅典奧運會八人艇決賽中“撂挑子”，距離終點線650米處突然“棄槳罷賽”并躺在船上，致使全隊痛失獲獎機會（圖5）。賽艇不比足球，罰下一個運動員仍可以照賽不誤，船上少一位槳手就會影響力量對稱帶來航向偏轉(zhuǎn)。賽艇的運動員是背對著終點的，為了確保在2000米直線航道上不偏不倚行進，需要憑借著起點線之外的“疊標”隨時校準方向。這是一個大尺度的“瞄準”裝置，“三點一線”原理類似槍械的“瞄準”。2.5米高的標志牌在前，5米高的標志牌在后，中間相距約30米。運動員在劃行途中可以隨時觀察兩塊牌上醒目的黑線是否重疊來判斷賽艇有無偏離航向。

（5）賽艇是一項團體性很強的運動，需要每個運動員傾力合作

有舵手的賽艇主要靠舵來控制方向。舵葉垂直浸沒在水中并能繞舵軸轉(zhuǎn)動，一定沖角的水流對舵葉產(chǎn)生壓力迫使船體轉(zhuǎn)向，使船具有可操縱性。賽艇的舵手是“一船之魂”，不僅手操舵柄把握方向，而且通過電動擴音器發(fā)號施令、調(diào)整戰(zhàn)術(shù)、鼓舞士氣。中國隊為2008年北京奧運會，大張旗鼓從平民百姓中選拔八人單槳賽艇舵手，得到國際奧委會的高度評價并引起賽艇界極大興趣，認為這一創(chuàng)舉不僅使“貴族氣息”的賽艇運動平民化和普及化，還可能會像火炬接力一樣成為“奧運文化遺產(chǎn)”。

回顧歷史，早在1879年，耶魯大學(xué)賽艇隊就是由中國留學(xué)生鐘文耀“掌舵”，奪取了全美大學(xué)生賽艇冠軍。1900年巴黎奧運會上，荷蘭賽艇運動員白蘭特和克蘭就曾經(jīng)“臨陣易帥”，用7歲法國兒童換下了體重132磅的成年舵手伯勞曼，最終贏得雙槳輕舟比賽金牌。1952年赫爾辛基奧運會，法國運動員塞利斯和邁希爾獲得冠軍時聘用了14歲的舵手馬利瓦奧;1960年羅馬奧運會上，13歲的小舵手澤塔“指揮”德國名將納拜爾和萊納博格一舉奪魁（圖6）。相對而言，舵手不需要過人的體能和技巧，但更需要智慧的頭腦和心靈。具有良好素質(zhì)的“門外漢”經(jīng)過一段強化培訓(xùn)是可以“勝任愉快”的。競選賽艇舵手，也許是平民百姓變成“奧運英雄”的唯一機會。

（6）訓(xùn)練有素且體重較輕的小舵手澤塔（左一）

孟關(guān)良和楊文軍在2004年雅典奧運會上奪取男子雙人劃艇500米金牌，讓更多的中國人開始了解這項運動。據(jù)說劃艇的源頭可以追溯到印第安人的獨木舟。這種菱形的一葉扁舟上“人無座，船無舵，槳無架”，人、船、槳彼此之間處于不停的相對運動中。運動員前腿弓，后腿跪，兩腳和膝蓋形成的鈍三角形支撐面落在船的幾何中心上。單人劃艇的槳手只能在船的一側(cè)劃槳，來自單邊的動力會和船的阻力中心產(chǎn)生力偶，引起船體轉(zhuǎn)動。這便需要槳在劃行時靠緊船舷，并且在每槳結(jié)束時用“拐彎”的J形劃水動作起到“操舵”作用，以保持船的直線航行（圖7）。

（7）劃艇的J形劃水動作

人們盡可以將皮艇與劃艇相提并論，統(tǒng)稱為皮劃艇，但卻絕不能將二者混為一談。劃艇為船體敞露、無遮無攔的“開放式”，皮艇則為船體密封、水潑不進的“閉合式”。4000年前愛斯基摩人的皮艇將海獅皮蒙在鯨骨、木頭的架子上，再用鯨油進行防水處理，這一屬性保留至今。皮艇的槳桿兩頭各有一面槳葉，方向互相垂直，在船的兩側(cè)此起彼落，輪流劃動，遠看宛如美麗的風(fēng)車。運動員坐在艙中緊湊而伏貼，實現(xiàn)了船和身體“合二為一”，所以皮艇特別靈巧。

激流回旋是奧運會最驚心動魄、險象環(huán)生的水上比賽了。在犬牙交錯的礁叢和奔騰咆哮的漩流中跌撞摔打，這原本是自然河道上的運動項目。1972年慕尼黑奧運會首次在奧格斯堡修建了一條人工賽道，使激流回旋擺脫了自然條件限制并進入了奧運會?？上в捎谠靸r昂貴，此后整整20年令承辦國望而卻步，直到1992年巴塞羅那奧運會才重新成為常規(guī)競賽項目。激流回旋賽道的設(shè)計追求“別出心裁”（圖8），長約300米左右的彎環(huán)河道落差有6米，強大的泵站以每秒近20噸的流量將水抽取到“上游”后滾滾而下，崎嶇盤陀的河床在許多位置設(shè)有地槽，安裝可移動式障礙和礁石，造成千變?nèi)f化的飛湍瀑流。皮劃艇到達終點后，傳送帶能再次把運動員連人帶船提升到起點。

（8）激流回旋賽道的平面效果圖

世上沒有任何一次完全相同的激流回旋航程，在雪浪鼎沸、水如亂云的河道上，“讀水”是運動員隨機判斷“水情”、“水性”的能力。狹窄的“咽喉”水流湍急，較寬的“肚子”水流減緩，不僅越離開岸線靠近中心水流越急，而且底部河床和水面空氣的阻力都會使“中間層”流得最快?？绾铀骼|上懸吊的“門桿”一路排成25個水門，其中至少6個逆水門，佇候選手依次穿過。這些紅色的逆水門都設(shè)置在障礙物后面，“礁石”逼水成漩，水面渦大如輪，只有巧妙利用漩渦的回流力量，才能通過“定槳”動作完成下降旋轉(zhuǎn)、原地旋轉(zhuǎn)和上升旋轉(zhuǎn)，在“龍門陣”中進出自如。某種意義上說，激流回旋就是逆水門技術(shù)的較量（圖9）。

（9）皮劃艇激流回旋競賽

船體在水中的阻力受多種因素影響，冬天接近零度的水“粘滯性”更強，對船體的阻力比夏天的水高出一倍。船體形狀、材質(zhì)和吃水的“濕面積”都是工程師殫精竭慮的課題。從天然木材、玻璃鋼、尼龍到聚酯纖維、卡夫拉纖維、碳纖維，賽艇和皮劃艇經(jīng)過百年的“脫胎換骨”變得更輕、更韌、更堅；船體的改進使波浪阻力和摩擦阻力顯著減小，槳葉形狀的變化讓劃槳效率節(jié)節(jié)提高，計算機的應(yīng)用開啟了船艇最優(yōu)化設(shè)計的新時代。今天五大洲的江、河、湖、海上，到處都有“諾亞方舟”的綿綿種子和人類中流擊水的勃勃英姿！