今年北京的奧運比賽，游泳池畔除了各方矚目的美國選手費爾普斯（Michael Phelps）能否創下史無前例的一屆拿八金紀錄，另一個焦點是，為費爾普斯量身訂作的沙魚衣，這次已演化到第四代，能否把人類的游泳速度再往前推進？

沙魚衣何以能讓世界級選手不斷刷新紀錄？

成功大學系統及船舶機電工程學系副教授陳政宏說，要游得快，一是增加推進力、一是減少阻力，對頂尖選手來說，推進技術可能都已達極完美地步，能改善的空間有限，所以若能在減少阻力上比別人多一分，那怕只快了0.01秒可能就是一面金牌之遙。

沙魚衣就是為了減少阻力而研發，陳政宏形容，這個產品也是學界從仿生流體學上極佳的應用範例。

沙魚皮結構 很特別

陳政宏指出，很早就有生物學家觀察到，那些游泳效率極佳的魚類、鯨豚類的皮膚很特別。其中，沙魚皮又和鯨豚類的表皮，有著截然不同的結構。

他表示，任何流體和物體的接觸面上，都會形成「邊界層」，游泳時，水流經人體時會形成有黏滯傾向的邊界層，且在離開人體時產生擾動尾流，尾流處的壓力要比物體前端低得多，因此在物體運動的反向會出現阻力。

這類壓力阻力的大小與物體形狀有關，若是流線型，流體和物體的剝離點會推到物體的較後方，阻力也會降低。所以同樣是汽車，更為流線的跑車因阻力小，行進的速度就比房車快得多。

表面粗糙 紊流減阻

但如果物體的外型無法改變，將物體表面粗糙化，也可讓流體形成小型紊流，從而讓邊界層剝離點延後發生，達到減阻的效果。陳政宏強調，粗糙的表面雖然會導致摩擦阻力的增加，但若是適當大小和排列的粗糙，會改變流體間紊性邊界層的結構，及亂流的速度、分布，兩個相減，若利大於弊，則其粗糙程度是可被接受。

在顯微鏡下，沙魚的皮膚上像有層層相疊的小盾牌，形成綿密的Ｖ字形微壕溝（riblets）。陳政宏說，就是這些壕溝，改變紊性邊界層原有的結構與速度分布，讓沙魚可以在水中快速移動。

微壕溝 可改變速度

沙魚衣的織法就是模仿這種微壕溝，不過因為它是奈米級的結構，若表面被刮傷，就會破壞原來的效能，這也是為何沙魚衣穿三、五次後，減阻效果就會下降的原因。

運動項目中，將表面粗糙化以改變紊性邊界層例子，還包括高爾夫球和棒球。

棒球縫線 推力加分

陳政宏表示，棒球上凸出來的縫線或高爾夫球上的小凹洞，會讓邊界層移到球後方剝離，造成球後方壓力大於前方，進而形成一股向前推的力量。這種由球體粗糙面所形成的推力，比空氣摩擦力大得多。若是同樣的球，有小坑球比表面光滑的球，飛行距離會多上一倍。

在運動場上，尤其是競速項目，從物理學觀點看，比的就是突破摩擦阻力的能耐。

摩擦阻力與流體的層流或擾流有關，流場的亂度愈大則阻力愈小，移動的物體後方一定會出現擾流，因此跟在移動物體後面前進，較為省力。

這也是為什麼，在自行車團體賽時，同隊的四輛單車不會並肩騎，而是尾隨而行，且要不時換領隊，因為帶頭的車手會先碰到未受擾動的空氣層流，阻力較大也較費力，尾隨的車手，則可以享用前車所造成的擾動，省力前行。

馬拉松比賽也有類似的情形，選手都會跑成一群一群，高手一定會跟在領先團禮，但由別人帶頭去擾動氣流，就是為了借力省力，到最後階段再衝刺。

另外，在高台跳水比賽時，池中的水流一定是持續擾動，絕對不會是平靜無波，這是為了要讓選手入水時的阻力變小，也讓出現閃失時，減少人體因大面積著水時阻力過大，對選手造成嚴重傷害。

引用網址：http://mag.udn.com/mag/campus/storypage.jsp?f_MAIN_ID=13&f_SUB_ID=1219&f_ART_ID=142281