May 30, 2023
Большинство пловцов высокого класса обеспечивают стабильное продвижение при помощи системы организованных вихрей в начале гребка, однако последующие изменения направления движения кистей и ног быстро делают водный поток нестабильным. При этом некоторые пловцы теряют в движущей силе. Подводная съемка показывает, что у пловцов высокого класса срыв больших направленных вихревых образований совпадает с моментом изменения движения кисти. Иначе говоря, срыв вихревого образования указывает на прекращение импульса движения в определенном направлении и до завершения такого импульса является признаком неэффективной техники. Причиной мо*жет быть слишком жесткое положение кисти в области запястья или чрезмерно резкое изменение направления движения в сочетании с резким ускорением и приложением силы.
При плавании с высокой скоростью гребок сопряжен с четко выраженными импульсами, которые усиливаются при каждом изменении направления движения кисти. После срыва вихревого потока в конце силового импульса вокруг кисти, изменяющей направление движения, быстро появляется новое вихревое образование.
Быстрое образование и срыв вихревых потоков — основной движущий механизм в природе. Подъемная сила образуется в результате создания циркуляции водных потоков, присоединения различных вихревых образований вокруг перед-
Ней части тела и наложения их на общий поток.
Разновидности вихревых образований в поле скоростного потока (рис. 3.1) зависят от скорости плавания. Преодоление короткой дистанции предполагает быстрое изменение направления движения кисти, вызывающее, соответственно, быстрый отрыв больших разнонаправленных вихревых потоков в конце каждого движущего импульса (рис. 3.1, а). А на длинной дистанции целесообразно устойчивое ускорение кисти и более плавное изменение направления движения (рис. 3.1,6). Подводная съемка показывает, что организованная система вихревых потоков длительнее сохраняется при невысокой скорости плавания.
Пловец с хорошим «чувством воды» использует кисть, во-первых, чтобы направить и, во-вторых, чтобы «разделить» на каналы циркуляционный поток, создавая единое усилие. При этом движение всей руки напоминает движение удлиненного плавника у рыбы. Талантливые пловцы создают оптимальную структуру вихревых потоков в зоне общего скоростного течения.
В основе продвижения благодаря подъемной силе лежат законы аэродинамики, разработанные Ли-ленталем (1889) на основе анализа полета птицы. Самолеты и некоторые другие летающие объекты летают «стандартно» в соответствии с законами аэродинамики. Однако полет небольших птиц и насекомых этими законами не объяснишь. Сущность колеблющихся или пор-
28
ГЛАВА 3
Новые Направления В Технике Продвижения При Плавании
|
Рис. 3.1
Вихревые образования
При высокой (а)
И невысокой (б)
Скорости плавания
Рис. 3.2
Движение руки при плавании кролем на груди (от входа в воду до середины гребка); изменения направления движения кисти, сгибание руки в локтевом суставе и значительная степень вращения звена «кисть—предплечье» обеспечивают необходимую циркуляцию потока для продвижения вперед за счет подъемной силы: A — вид спереди, б — вид сзади
Хающих движении крыльями еще не совсем изучена, однако полет птицы в его простейшей форме — скольжение или парение — не требует порхающих движений крыльями или использования мышечной силы. Вытягивая крыло, птица образует сплошную плоскость и летит подобно самолету. Разведение рук в стороны в начале гребка при плавании баттерфляем или брассом, будучи очень экономной фазой гребка, во многом напоминает полет птицы. При совершенствовании этой фазы гребка тренер нередко рекомендует юным пловцам пред ставить, что они гигантские кондоры, расправившие крылья и готовящиеся броситься с высокого утеса на надвигающийся поток воздуха. При соответствующей синхронизации гребка при плавании баттерфляем подобный «подводный полет» создает высокую скорость продвижения, чему также способствует поступательное движение, создаваемое в результате ударного движения ног.
Фаза стабильного водного потока во время движения руки наблюдается в начале гребка при плавании всеми четырьмя способами. Во время этой фазы имеет место система организованных вихревых образований, о чем свидетельствует структура обтекающих кисть потоков. Однако при изменении направления движения кисти поддерживать стабильное течение становится трудно,
Равно как и продолжать использовать кисть подобно «крылу».
Птицы и насекомые образуют механизм, позволяющий установить непрерывную циркуляцию воздуха вокруг их крыльев, что обеспечивает образование и устранение вихревых потоков, т. е. они быстрее образуют подъемную силу, чем это можно было бы сделать при стабильном воздушном потоке.
Фон Хольст и Кюхеманн (1942) сравнили колеблющееся крыло с упрощенным пропеллером и показали, что движущая сила, создаваемая крылом, почти не уступает движущей силе пропеллера, но при этом они подчеркнули, что недостатком пропеллера является индуктивное сопротивление, обусловленное системой сбегающих вихревых потоков. Фон Хольст и Кюхеманн разработали различные летательные модели, гибкие крылья которых выполняли поперечные и угловые колебания, во многом напоминающие гребок пловца. Сходство в основном связано с постоянным изменением направления движения кисти по траектории, пересекающей траекторию движения пловца вперед, т. е. продольную ось тела, значительным вращением звена «кисть —предплечье», и постоянным изменением углов в локтевом суставе. Вполне возможно, что именно это обеспечивает необходимую циркуляцию водного потока, создающего силу, продвигающую пловца вперед (рис. 3.2).
29
ЧАСТЬ 1
Техника Спортивного Плавания
Рис. 3.3
Благоприятная для
Плавания форма тела
Морского льва
Рис. 3.4
Обтекаемое поперечное Сечение переднего плавника морского льва (данные Фелдкампа, 1987)
Рис. 3.5
Крылоподобная форма рук При плавании баттерфляем
Пловец высокого класса продвигается вперед благодаря изменению направления движения кистей, что способствует быстрому образованию и срыву вихревых потоков. Механизм принципиально не отличается от механизма колеблющегося крыла в той части, которая касается быстрых изменений направления движения кисти, обеспечивающих образование циркуляции течения, необходимого для продвижения вперед за счет подъемной силы. Примером наиболее успешного заимствования у животных является ударное движение ног способом «дельфин». Основное отличие при выполнении движения дельфином и человеком заключается в том, что дельфин выполняет движение вверх быстрее, чем вниз. Кроме того, движение хвоста дельфина быстрее, чем ног пловца, при равной частоте движений, поскольку мышцы дельфина несравненно мощнее (Унгерехтс, 1983).
Рассмотрим и* другие примеры. Позвоночные животные продвигаются в воде за счет волнообразных или извилистых движений туловища или же используя движения нижних конечностей двух типов. Первый — непосредственное отталкивание от воды в направлении, противоположном движению, малоэффективен, второй, основанный на криволинейной траектории движений, более эффективен. Относящееся ко второму типу движение передних плавников морского льва представляет особый интерес, поскольку это единственное морское млекопитающее, использующее
При плавании грудные отростки. Причем передние плавники морского льва уникальны, так как используются для перемещения и в воде и на суше.
Благодаря сигарообразному туловищу (рис. 3.3), большой площади поверхности передних плавников и смещенному вперед и к середине центру тяжести морской лев приспособлен к плаванию значительно лучше человека. Форма его переднего плавника напоминает гидрокрыло (рис. 3.4).
Подобно плавнику морского льва рука пловца движется при гребке по криволинейной траектории в трех плоскостях, однако рука имеет не только крылообразное поперечное сечение, но и более удлиненную и поэтому менее эффективную для создания подъемной силы форму.
В начале гребка рука принимает выпуклую форму крыла и при плавании баттерфляем очень напоминает рудиментарное гидрокрыло, что, верятно, во многом и удерживает тело от погружения сразу же после вкладывания рук в воду (рис. 3.5).
Лайтхилл (1973) показал, что большинство насекомых удерживаются в воздухе за счет удлиненного туловища, которое несет образованный ими воздушный шар. При этом главным условием опоры является быстрая регуляция потока над верхним краем крыла. Некоторые летающие насекомые выполняют крыльями движение «хлопок — рывок —кольцо», вызывающее циркуляцию воздуха и приводящее к образованию кольцеобразных вихрей на верхней поверхности крыла (рис. 3.6). При окончании движения вниз эти вихревые кольца отрываются и образуют одно большое кольцеобразное вихревое поле непосредственно под насекомым. Сила, создающая вихревое кольцо, удерживает насекомое в воздухе. Отличие «хлопка —рывка —кольца» от обычного «крыла» состоит в том, что вихревые потоки различной
30
ГЛАВА 3
Новые Направления В Технике Продвижения При Плавании
Рис. 3.6
Механизм полета бабочек «хлопок—рывок—кольцо»
Структуры образуются независимо от движения крыла (Weis-Fogn, 1973).
Несомненно, что пловец не способен выполнить предшествующий «рывку» и «кольцу» «хлопок», однако он может использовать подобные механизмы во время нестабильного или неравномерного продвижения вперед и типичным примером может служить резкий удар ногами «дельфином», характерный для преодоления соответствующим способом плавания коротких дистанций.
Для выполнения мощного движения «дельфином» необходимо создать вихревую циркуляцию вокруг стоп до начала ударного движения. Из-за невозможности выполнения «хлопка» стопы ног создают необходимую предварительную циркуляцию в момент их соприкосновения с поверхностью воды до начала движения вниз. В результате контакта ступней с поверхностью воды создается поверхностное натяжение, обусловленное притяжением молекул воды и воздуха. При выполнении ступнями ударного движения вниз вокруг кажд. >й из них образуется присоединенной вихревой поток. Эти вихри соединяются и образуют один большой кольцеобразный вихрь, который отрывается от вертикальной плоскости при завершении ступнями мощного толчкового движения вниз (рис. 3.7). Величина вихревого кольца свидетельствует о воздействии большой массы воды, скорость которой, однако, остается невысокой. Показателем высокой эффективности ударного движения ногами является значительное расстояние между вихревыми кольцами. Иногда при слишком широком разведении ступней во время ударного движения ногами вниз от каждой
Из них отрывается не одно большое, а два небольших вихревых кольца, что свидетельствует о недостаточной эффективности движения.
Величина подъемной силы, создаваемой механизмом «рывок — кольцо», при выполнении движения ног «дельфином» во многом зависит от быстроты выпрямления ног в голеностопных суставах. При этом циркуляцию создает импульс силы, возникающий в момент достижения стопами поверхности воды.
Пловцы, специализирующиеся в кроле на груди и отдающие предпочтение двухударному движению ног, также используют механизм «рывок — кольцо».
Наблюдения за спортсменами, специализирующимися в брассе, показали образование ими необходимой предварительной циркуляции потока воды в результате сочетания разведения стоп с изменением направления движения при переходе от фазы подтягивания к фазе продвижения и полного выпрямления.
Что же такое вихрь? Вихрь или вихревое образование — это масса жидкости, вращающаяся вокруг своей оси, и при этом ось вихря может находиться практически в любой плоскости от вертикальной до горизонтальной.
Какова идеальная форма прерванного вихревого образования? Больше круглая, чем удлиненная, поскольку в этом случае происходит воздействие руки на большую площадь потока или, иначе говоря, на массу жидкости. И хотя удлиненный вихрь образует вызывающий движущую силу поток, это менее эффективный вариант. Такой вихрь обычно образуется в резуль-
|
Рис.3.7
Механизм «рывок—кольцо»
При выполнении мощного
Удара ногами «дельфином»
31
ЧАСТЬ 1
Техника Спортивного Плавания
Рис. 3.8
Вихревые образования При вьтолнении гребка непосредственно назад
Тате гребка непосредственно назад, а не по криволинейной траектории (рис. 3.8). При этом вихревые образования отрываются и отходят с обеих сторон кистей и рук в начале гребка, что чаще наблюдается у специализирующихся в кроле на груди (спринтеров) и баттерфляе.
Согласно теории воздушного винта, эффективнее его воздействие на большую массу воздуха с невысоким ее ускорением, чем на небольшую массу воздуха с большим ускорением. Подобные два варианта при плавании отражают отрыв соответственно круглого и удлиненного вихрей.
Какова идеальная плоскость сорванного вихря? Вертикальная или близкая к ней. Чем она вертикальнее, тем лучше условия для создания движущей силы.
О чем «говорят» вихревые образования разных размеров? Каун-силмен (1982) отметил у квалифицированных пловцов заметное ускорение движения кистей во время заключительной фазы гребка при плавании на груди. По завершении гребка наблюдается небольшой вихрь, тогда как в его середине, после завершения первого движущего импульса, — крупнее. Меньший вихрь в конце гребка указывает на увеличение скорости перемещения водной массы вследствие ускорения движения руки. Вполне возможно, что первый большой вихрь обусловливает новое направ-
Ление движения потока, поэтому кисти приходится двигаться быстрее, чтобы использовать возрас-тащую скорость. Квалифицированный пловец это ощущает и способен адекватно корректировать движение.
О чем свидетельствует чрезмерная завихренность водной массы? Обычно о том, что прилагаемые при гребке усилия больше необходимых, но есть и другое объяснение. Когда кисть образует чрезмерный угол атаки (с точки зрения обычного крылообразного механизма), происходит разделение потока водной массы, нарушающее циркуляцию. Одна из причин чрезмерной завихренности связана с тем, что пловец, по мере нарастания утомления, утрачивает способность поддерживать необходимую скорость продвижения вперед и поэтому «срывает» циркуляцию течения, чтобы установить новый вид потока вокруг кисти.
Практически мало что известно о влиянии формы тела пловцов на скорость плавания. Большинство современных пловцов по телосложению напоминают баскетболистов — высокие, худые, с длинными мышцами. Это объясняется тем, что важнейший фактор уменьшения сопротивления движению — небольшая величина соотношения площади поперечного сечения тела пловца к его длине. Причем тип телосложения в определенной мере предопределяет способность пловца контролировать встречный поток воды при вкладывании руки в воду.
При любом способе плавания руки в начале гребка должны, подобно носу корабля, разделять встречный поток воды. При плавании кролем на груди квалифицированные пловцы хорошо контролируют встречный поток воды по мере завершения одного гребка и начала следующего. В то время когда вкладываемая рука ощущает встречный поток, другая «отгоняет» поток от кисти и предплечья при завершении гребка, т. е. пловец од-
32
ГЛАВА 3
Новые Направления В Технике Продвижения При Плавании
Рис. 3.9
Положение рук
Квалифицированного пловца,
Специализирующегося
В баттерфляе
Рис. ЗЛО
Использование механизма «подкрылка» для создания стабильного потока: A — «крыло» при стабильном потоке; б — чрезмерный угол атаки вызывает нестабильный поток; в — «подкрылок» восстанавливает стабильный поток; г — большой палец используется в качестве подкрылка
Новременно контролирует две различные реакции потока. При других способах плавания спортсмены не могут так легко прерывать встречный поток и «трансформировать» его в непрерывное плавное продвижение. При плавании на спине руки остаются на одном расстоянии друг от друга практически на протяжении всего гребка, не скрещиваясь, как при кроле на груди. И если пловец не обладает большой длиной рук, чтобы адекватно контролировать встречный поток в момент вкладывания, ему сложнее синхронизировать движения.
Эффективность плавания кролем как на груди, так и на спине характеризуется тем, что попеременные движения рук практически в каждой фазе гребка обеспечивают выпрямление вперед руки, прерывающей и плавно разделяющей встречный поток воды, в то время как другая рука завершает гребок. При плавании баттерфляем и брассом руки двигаются одновременно, поэтому в начале гребка постоянно прерывается встречный поток воды. Причем специализирующиеся в этих способах плавания спортсмены испытывают трудности с контролированием встречного потока воды в начале гребка, поскольку количество» поступательного движения, необходимое для создания и восприятия этого потока, зависит от согласованности движений рук и ног.
Имеется немного сведений об оптимальном положении кисти относительно запястья при выполнении гребка. Изучение различных форм опоры, используемых птицами
Зз
И рыбами подсказывают направления исследования техники плавания. Так, анализ положения руки во время гребкового движения вовнутрь при плавании баттерфляем (рис. 3.9) показал сходство с движениями представителей животного мира в двух аспектах: первый — отведение больших пальцев пловца действует подобно «крылышку» или небольшому «дополнительному» крылу; второй — кисть и предплечье от кончика мизинца до локтя имеют серповидную конфигурацию.
Оба этих аспекта способствуют увеличению подъемной силы, поскольку помогают удерживать дополнительный поток вихревых образований, «прикрепленных» к кистям и предплечьям. «Баттерфля-исты», у которых при гребке пальцы рук сомкнуты, а кисти и предплечья образуют прямую линию, сталкиваются с разделением встречного потока в самом начале гребка. Изображенная на рис. 3.9 спортсменка удерживает вихревой поток, «прикрепленный» к кистям и предплечьям рук, несмотря на то что ее кисти изменили характерное для начала гребка направление движения наружу на движение вовнутрь. При этом единственным заметным признаком разделения водного потока является незначительная зыбь вихревых дорожек возле кончиков пальцев.
Во время полета птицы «крылышко» выполняет роль дополнительного крыла, находясь вдоль передней кромки основного крыла. При невысокой скорости полета «подкрылок» складывается или, иначе говоря, загнут назад. Когда же птица достигает скорости срыва воздушного потока, находящийся над верхней поверхностью ее крыла поток становится турбулентным, а «подкрылок» выпрямляется вперед, образуя щель, через которую проникает воздух. Это приводит к восстановлению плавного и быстрого воздушного течения и уменьшению срыва потока (рис. 3.10). Подобное явление можно наблю-
ЧАСТЬ 1
Техника Спортивного Плавания
Рис. 3.11
Серповидная форма,
Образуемая сгибанием
Локтя и запястья
При выполнении движения
Вовнутрь во время гребка
Рис. 3.12
Гребок олимпийской
Чемпионки и рекордсменки
Мира Мэри Мигер
(из учебного фильма
Маглишо и Гембрила)
Дать и при плавании, когда кисть пловца образует слишком большой угол атаки. Для того чтобы сохранить «прикрепление» водного потока к кисти, большой палец при отведении в сторону образует щель, через которую течение проходит с более высокой скоростью, и тем самым создает участок низкого давления на тыльной стороне кисти, а это, в свою очередь, — дополнительную подъемную силу и более плавное течение вокруг кисти.
Создав! ; повидная форма какое-либо преимущество? Сравнительно недавно было установлено, что плоский эллипс не является оптимальной с позиций аэродинамики формой, как считали ранее. Более действенна форма полумесяца, подобная хвосту кита, а самая эффективная — серповидная, при которой обе плоские кромки крыла направлены дугообразно назад (рис. 3.11), как, например, при полете стрижа.
Эти формы способствуют продвижению вперед, поскольку вихревые потоки, образующиеся на кромке внутренней части изогнутого крыла или плавника, «сносятся» по направлению вниз (или по
Бокам плавника) перед теми, которые находятся вдоль тела, создавая восходящие и боковые потоки, возбуждающие, подобно миниатюрным ураганам, близлежащие частицы жидкости.
Край крыла или плавника превращает некоторое количество кинетической энергии указанных потоков в направленную вперед движущуюся силу. Таким образом серповидная форма создает по меньшей мере на 10% меньшее индуктивное сопротивление, чем эллиптическая, и ее преимущество возрастает по мере увеличения скорости полета или плавания. У пловцов серповидную конфигурацию, которая «удерживает» водный поток у кисти и предплечья, создает сгибание локтя и запястья относительно предплечья. Это очень важно, поскольку разделение водного потока в области предплечья и кисти привело бы к увеличению сопротивления. Пловцы, использующие серповидную конфигурацию руки, не теряют движущую силу при гребке.
Во время гребка при плавании баттерфляем иногда можно наблюдать некоторое отведение запястья наружу. Некоторые пловцы при этом слегка поднимают кисти вверх, в результате чего кончики пальцев занимают самое верхнее положение относительно других частей руки. Это, например, было характерно для олимпийской чемпионки и мировой рекордсменки Мэри Мигер (рис. 3.12). Незначительный подъем кистей вверх с некоторым разведением ладоней наружу напоминает парящую в воздухе птицу, поднявшую вверх края крыльев для того, чтобы снизить индуктивное торможение. У некоторых сильнейших пловцов, например олимпийского чемпиона Гари Холла, локти во время гребка находятся значительно выше кистей, образуя острый угол, в результате чего рука становится удивительно похожей на консоль гидрокрыла. Создавая модели формы руки при гребке с последующим тестирова-
34
ГЛАВА 3
Новые Направления В Технике Продвижения При Плавании
Рис. 3.13
Изменение угла вращения
Кисти в середине гребка при
Плавании кролем на груди:
A — вид сверху и справа;
Б — вид снизу и справа;
В — вид сверху и слева;
Г — вид снизу и слева
Рис. 3.14
Гребок, направленный на
Преодоление встречного
Потока за счет вращения
Кисти в середине гребка
(вид сбоку)
Рис. 3.15
Положения кисти
И пальцев в различных
Фазах гребка
Нием в гидроканале, можно определить эффективность конкретной конфигурации. Кроме того, можно определить оптимальный угол атаки, при котором происходит наиболее эффективное разделение водного потока.
Наблюдая за рыбами, мы можем кое-что у них позаимствовать. Рыбы активно пользуются плавниками, создавая ими различные углы, в том числе и тупой в виде раскрытого паруса. Они не расходуют энергию, преодолевая возникающее или возрастающее сопротивление водного потока, которое испытывает пловец при наибольшем сгибании руки в локтевом суставе в середине гребка. Плавник рыбы просто-напросто «обходит» преграду, избегая создания повышенного сопротивления. Вполне возможно, что пловец может скопировать подобное, например при плавании кролем на груди, несколько поворачивая предплечье вовнутрь в середине гребка, с тем, чтобы кисть также оказалась слегка повернутой вовнутрь, как видно на рис. 3.13. Такое движение необходимо осуществлять быстро, ладонь при этом должна быть вывернута и обращена вперед, что несколько напоминает поворот пластинки жалюзи. В результате образуется более острый угол в локтевом суставе, что снижает сопротивление по мере полного выполнения гребка, завершающегося хлестким отталкиванием ладонью (рис. 3.14).
Наблюдения показывают, что высококлассные пловцы изменяют конфигурацию кисти, пальцев, в том числе и большого пальца ладони при переходе от одной фазы гребка к другой (рис. 3.15).
Пловцам необходимо много экспериментировать для определения оптимальной формы кисти, особенно в состоянии утомления, когда наверняка можно повысить подъемную силу, увеличив «чаше-образность» кисти.
При традиционном обучении технике плавания главное внимание уделяется правильной форме гребка, но спортсмены, как правило, не получают достаточную информацию об эффективности своих действий. Вместе с тем даже начинающие пловцы должны иметь представление о законах продвиже-
35
ЧАСТЬ 1 Техника спортивного плавания
|
Рис. 3.16
Подводная часть движений
Чемпионки Игр ХХШ
Олимпиады Мэри Мигер,
Мировой рекорд которой
На дистанции 200 м
Баттерфляем
Удерживается с 1981 г.
Ния человека в воде и о том, как их реализовать при плавании, знать о том, как и зачем необходимо изменять конфигурацию основного элемента движения — руки. Следует научить осознанно управлять своими действиями для повышения эффективности гребка.
Конфигурация рук Мэри Мигер в значительной мере напоминает парящий полет птицы (рис. 3.16). Бедра подняты вверх и выполняют волнообразное движение «дельфин» (рис. 3.16, б). Завершение направленного вниз удара ногами приводит к отрыву большого кольцевидного вихря при помощи механизма «рывок-ксльцо» (рис. 3 16, в). «Парящее» движение рук продолжается до тех пор, пока они не разводятся, начиная обычное крылопо-добное продвижение в этой фазе гребка. При этом руки напоминают по форме гидрокрыло (рис. 3.16, г). Выпрямленные пальцы, локтевое сгибание и отведение запястий свидетельствуют об использовании механизма «подкрылка» с серповидной формой руки, что обеспечивает сглаживание образующегося вихревого потока (рис. 3.16, д). Движение рук наружу завершается, от каждой руки начинает отрываться большой кольцевидный вихрь. Размеры и форма каждого вихревого образования отражают уровень силового импульса, воздействовавшего на значительную массу воды (рис. 3.16, е).
Кисти выполняют гребковое движение вовнутрь под туловищем. При этом ноги после выполнения одного ударного движения вниз занимают подготовительную позицию для следующего, которое будет выполнено в момент завершения гребка (рис. 3.16, ж). Стопы ног находятся у поверхности воды, вследствие чего притягивают образовавшийся вихрь, отрыв которого произойдет в момент завершения ударного движения вниз (рис. 3.16, з). Кисти рук продолжают двигаться назад и наружу, завершая гребок вторым ударным движением ногами (рис. 3.16, и).
36
ГЛАВА 4