科技之光

船速似箭，船形如梭，彩色的浮標(biāo)隔開6個(gè)賽道，翻飛的槳葉如手腳的延伸，賽艇運(yùn)動(dòng)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(xiàng)目安排進(jìn)1896年首屆雅典奧運(yùn)會(huì)，可惜愛琴海灣的自然水域風(fēng)高浪急致使比賽無法進(jìn)行。1900年巴黎奧運(yùn)會(huì)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(yùn)動(dòng)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(xiàng)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(yùn)會(huì)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(yùn)會(huì)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(yùn)會(huì)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(yùn)精神

1964年東京奧運(yùn)會(huì)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(diǎn)線前短暫休克，但慣性前進(jìn)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(dòng)下獲得連續(xù)的動(dòng)力，每當(dāng)槳葉劃水時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)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(dòng)賽艇的“正力”便立即消失，船靠慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，并在水的阻力作用下減速。作為一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(shí)處于相對運(yùn)動(dòng)中?！盎貥眲?dòng)作和身體在滑座上的前移都會(huì)產(chǎn)生“負(fù)力”影響船的前進(jìn)。賽艇動(dòng)力的脈沖性變化帶來速度的周期性波動(dòng)。

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(gè)變量相關(guān)。每劃一槳讓船艇移動(dòng)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(dòng)作環(huán)節(jié)的時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)靠槳推動(dòng)水產(chǎn)生的反作用力，所獲得動(dòng)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(dòng)大質(zhì)量的水低速運(yùn)動(dòng)，比用狹窄的槳推動(dòng)小質(zhì)量的水高速運(yùn)動(dòng)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(diǎn)在支點(diǎn)和施力點(diǎn)之間。槳葉作為相對不動(dòng)的支點(diǎn)，將力量傳到受力點(diǎn)槳架上推動(dòng)賽艇前進(jìn)。把封閉式槳拴改為活動(dòng)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(yùn)動(dòng)員身體也來回滑動(dòng)，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(gè)很好的“立足點(diǎn)”。

澳大利亞女子賽艇隊(duì)員羅賓斯在2004年雅典奧運(yùn)會(huì)八人艇決賽中“撂挑子”，距離終點(diǎn)線650米處突然“棄槳罷賽”并躺在船上，致使全隊(duì)痛失獲獎(jiǎng)機(jī)會(huì)（圖5）。賽艇不比足球，罰下一個(gè)運(yùn)動(dòng)員仍可以照賽不誤，船上少一位槳手就會(huì)影響力量對稱帶來航向偏轉(zhuǎn)。賽艇的運(yùn)動(dòng)員是背對著終點(diǎn)的，為了確保在2000米直線航道上不偏不倚行進(jìn)，需要憑借著起點(diǎn)線之外的“疊標(biāo)”隨時(shí)校準(zhǔn)方向。這是一個(gè)大尺度的“瞄準(zhǔn)”裝置，“三點(diǎn)一線”原理類似槍械的“瞄準(zhǔn)”。2.5米高的標(biāo)志牌在前，5米高的標(biāo)志牌在后，中間相距約30米。運(yùn)動(dòng)員在劃行途中可以隨時(shí)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(xiàng)團(tuán)體性很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)，需要每個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(dòng)擴(kuò)音器發(fā)號施令、調(diào)整戰(zhàn)術(shù)、鼓舞士氣。中國隊(duì)為2008年北京奧運(yùn)會(huì)，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(huì)的高度評價(jià)并引起賽艇界極大興趣，認(rèn)為這一創(chuàng)舉不僅使“貴族氣息”的賽艇運(yùn)動(dòng)平民化和普及化，還可能會(huì)像火炬接力一樣成為“奧運(yùn)文化遺產(chǎn)”。

回顧歷史，早在1879年，耶魯大學(xué)賽艇隊(duì)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(yùn)會(huì)上，荷蘭賽艇運(yùn)動(dòng)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(yùn)會(huì)，法國運(yùn)動(dòng)員塞利斯和邁希爾獲得冠軍時(shí)聘用了14歲的舵手馬利瓦奧;1960年羅馬奧運(yùn)會(huì)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(qiáng)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(yùn)英雄”的唯一機(jī)會(huì)。

（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(yùn)會(huì)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(xiàng)運(yùn)動(dòng)。據(jù)說劃艇的源頭可以追溯到印第安人的獨(dú)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(yùn)動(dòng)中。運(yùn)動(dòng)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(dòng)力會(huì)和船的阻力中心產(chǎn)生力偶，引起船體轉(zhuǎn)動(dòng)。這便需要槳在劃行時(shí)靠緊船舷，并且在每槳結(jié)束時(shí)用“拐彎”的J形劃水動(dòng)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(dòng)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(jìn)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(jìn)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(dòng)，遠(yuǎn)看宛如美麗的風(fēng)車。運(yùn)動(dòng)員坐在艙中緊湊而伏貼，實(shí)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(yùn)會(huì)最驚心動(dòng)魄、險(xiǎn)象環(huán)生的水上比賽了。在犬牙交錯(cuò)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(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。1972年慕尼黑奧運(yùn)會(huì)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(jìn)入了奧運(yùn)會(huì)?？上в捎谠靸r(jià)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(yùn)會(huì)才重新成為常規(guī)競賽項(xiàng)目。激流回旋賽道的設(shè)計(jì)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(qiáng)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(dòng)式障礙和礁石，造成千變?nèi)f化的飛湍瀑流。皮劃艇到達(dá)終點(diǎn)后，傳送帶能再次把運(yùn)動(dòng)員連人帶船提升到起點(diǎn)。

（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(yùn)動(dòng)員隨機(jī)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(huì)使“中間層”流得最快?？绾铀骼|上懸吊的“門桿”一路排成25個(gè)水門，其中至少6個(gè)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(dòng)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(jìn)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(qiáng)，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(jiān)；船體的改進(jìn)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(jì)算機(jī)的應(yīng)用開啟了船艇最優(yōu)化設(shè)計(jì)的新時(shí)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！