Акваскипер — всё про новый водный велосипед

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

Posted on 24.05.2013 in Плавание | by

Плавание, с позиций гидродинами­ки, — это перемещение в жидкой среде за счет опоры о субстанцию, плотность которой в 1000 раз боль­ше плотности воздуха, что опреде­ляет значительно большее при пла­вании сопротивление движению и соответственно меньшую скорость, чем в естественных для человека условиях перемещения в газообраз­ной среде за счет опоры о непод­вижную и твердую субстанцию, как, например, при беге*.

Повышение скорости плавания связано с возрастанием движущей силы за счет более эффективной опоры пловца о воду и уменьшения сопротивления продвижению его тела.

Сила сопротивления воды плов­цам, как и любым движущимся в ней телам, направлена противопо­ложно их движению, а ее величина зависит от формы тела занимаемо­го им пространства и скорости его движения.

Лучшему пониманию характера влияния этих факторов будет спо­собствовать анализ «поведения» по­тока воды при встрече с каким-либо твердым объектом. До такой встре­чи молекулы воды двигаются равно­мерным, плавным, т. е. ламинарным потоком, после нее их движение приобретает вихревой характер. При встрече ламинарного потока с телом пловца движение молекул ис­кривляется и они как бы выталкива­ются в различных направлениях и с

11

Разной скоростью, образуя турбу­лентный поток. Причем хаотично движущиеся молекулы, проникая в соседние ламинарные потоки, стал­киваясь с их молекулами и вызывая искривление их движения, превра­щают в вихреобразные и эти пото­ки. Таким образом турбулентными становятся все новые потоки. «За-вихряющаяся» вода оказывает на тело пловца значительно большее давление впереди него, где потоки более ламинарны и соответствую­щий перепад в давлении существен­но тормозит пловца.

Сопротивление прямо пропор­ционально степени турбулентности. Тело пловца как бы проделывает отверстия в воде, но они заполня­ются постепенно и поэтому лами­нарный поток восстанавливается не сразу. Позади пловца создается своеобразный вакуум, в котором стремительно и хаотично движется часть молекул воды, создавая ее за­вихрения (рис. 1.1), но, поскольку такими завихрениями охвачена от­носительно малая часть молекул во­ды, сопротивление, вызванное этими потоками, незначительно. Зона высокого давления перед пловцом толкает его назад, зона низкого давления позади него тянет его назад. При этом чем сильнее турбулентность, тем больше пло­щадь завихрений и соответственно — сопротивление движению и сни­жение скорости плавания.

Сопротивление формы. Наи­меньшее сопротивление испытыва­ют продольные и суженные, т. е. обтекаемые объекты (рис. 1.2, а). Такая форма объекта изменяет на-

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

Ют. Это сильно увеличивает пло­щадь завихрений и приводит к зна­чительному снижению давления позади объекта. Возникающая при этом разница давления впереди и позади объекта очень снижает ско­рость движения.

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

Правление встречного потока воды постепенно, по мере прохождения объекта. Причем постепенное рас­ширение потока позволяет растал­кивающимся в стороны молекулам в основном не изменять направле­ния движения и при этом «возму­щать» лишь небольшое количество потоков воды, вызывая в целом незначительную турбулентность. Ее снижению за счет уменьшения пло­щади завихрений способствует и суженный конец объекта. При рав­ной площади поперечного сечения обтекаемого объекта, изображен­ный на рис. 1.2, б прямоугольный объект встречается с потоком воды всей площадью. Молекулы воды от­талкиваются от него хаотично, воз­мущая большое количество сосед­них потоков, вызывая значитель­ную турбулентность и соответству­ющее сопротивление. Квадратная задняя часть объекта вызывает дли­тельное разделение потоков воды даже после того, как они его мину-

12

Этим объясняется, почему объ­екты, хорошо движущиеся в жидкой среде, как впрочем и в газообразной, где действуют аналогичные принци­пы, всегда имеют обтекаемую, су­женную и продольную форму.

Обтекаемая форма тела харак­терна и для пловцов высокого класса.

Сопротивление воды обуслов­лено не только формой движущего­ся в ней объекта, но и занимаемым им пространством. Пространство в свою очередь характеризуется вер­тикальным и горизонтальным ком­понентами. Для вертикального ком­понента характерна разница глуби­ны погружения противоположных концов тела (рис. 1.3). Используя применительно к плаванию брассом и баттерфляем распространенную терминологию, можно сказать: чем меньше пловец «ныряет», тем мень­шее сопротивление он преодолева­ет. Горизонтальный компонент ха­рактеризует амплитуда движений относительно поперечной оси, т. е. в боковых направлениях. При этом чем меньше пловец «виляет» из сто­роны в сторону (рис. 1.4), тем мень­ше площадь потоков воды, направ­ление которых изменяет его тело, и преодолеваемое им сопротивление. Вместе с тем необходимость произ­водить возможно большую движу-

ГЛАВА 1 Основы Техники Плавания

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

Рис. 1.5

Правильное (1)

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

И неправильное (2)

Положение тела

При плавании

На спине (а),

Брассом (б)

И баттерфляем (в)

Щую силу не позволяет пловцу со­хранять положение тела, при кото­ром сопротивление наименьшее. При плавании кролем на груди и на спине неизбежны повороты тулови­ща вправо и влево, а при плавании баттерфляем и брассом — волнооб­разные движения вверх —вниз (рис. 1.5). Высокое техническое мас­терство пловца предполагает обте­каемое и вместе с тем способству­ющее эффективному развитию движущей силы положение тела. Практически это сводится к доста­точно глубоким для эффективного продвижения, но не очень увеличи­вающим сопротивление движениям ног и достаточным для развития значительной движущей силы, но не приводящим к «вилянию» пово­ротам туловища. Рис. 1.4— 1.6 ил­люстрируют нецелесообразность противоположного варианта. Поло­жение тела спортсменки, плыву­щей на спине, очень неудачно (рис. 1.5, а). Ее голова находится

Слишком высоко, а бедра чересчур низко. А у спортсмена, плывущего на спине, положение тела более вы­годное. Голова расположена почти горизонтально и лишь немного со­гнута в шее, а ноги на глубине, поз­воляющей выполнять эффективные движения. Рис. 1.6 иллюстрирует тот факт, что к «вилянию» при пла­вании кролем на спине приводит слишком широкий или узкий вход руки в воду. Повороты туловища относительно его продольной оси неизбежны, поскольку при выпол­нении гребка одной рукой другая выполняет пронос и туловище пово­рачивается из стороны в сторону, следуя за движением рук. Естес­твенно, эти повороты не должны быть слишком резкими, чтобы не привести к «заваливанию» на бок. Вместе с тем и попытка их ограни­чить привела бы к толчкам тела гребковыми движениями из сто­роны в сторону и сильному «вилянию». Вопрос об оптимальном

13

ЧАСТЬ 1

Техника Спортивного Плавания

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

Рис. 1.6

Влияние на величину

Сопротивления излишних

Движений тела в стороны

При плавании кролем

На спине (вид снизу)

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПЛОВЦА

Положении тела при плавании брас­сом не так однозначен. Привержен­цы «волнового» и плоского стилей еще не завершили спор о том, какой из них связан с меньшим сопротив­лением формы. При волновом, не­смотря на волнообразные движе­ния, оно, вероятно, все же меньше, поскольку бедра подтягиваются поч­ти без сгибания в тазобедренных суставах (а именно подтягивание ног при плавании брассом вызывает наибольшее торможение) и не навстречу потоку воды, как это про­исходит при плоском стиле.

Волнообразные движения спорт­смена, плывущего баттерфляем (рис. 1.5, в), достаточны для эффек­тивной движущей силы и не на­столько велики, чтобы сильно уве­личить сопротивление. Спортсмен­ка, плывущая баттерфляем, напро­тив, слишком глубоко погружает голову и ноги. В момент входа рук в воду ее туловище и бедра образу­ют чуть ли не прямой угол и тем са­мым создается чрезмерное сопро­тивление.

Анализ зависимости сопротив­ления от скорости плавания имеет в основном теоретический харак­тер, поскольку спортсмен не станет снижать скорость для уменьшения сопротивления. Однако тот факт, что наибольшая экономическая вы­года равномерного преодоления дистанций во многом обусловлена преодолением меньшего среднего сопротивления, имеет и определен­ное практическое значение. Поми-

Мо сопротивления, обусловленного формой тела и его ориентацией (положением) в воде, спортсмен преодолевает также ударное волно­вое (его называют также фронталь­ным или лобовым) и фрикционное сопротивление или, иначе говоря, сопротивление трения.

Ударное волновое сопротивле­ние Вызывается фронтальными ло­бовыми волнами и обусловлено, главным образом, положением тела пловца, скоростью плавания и, в определенной мере, качеством бас­сейна. Такие лобовые волны созда­ются головой и туловищем пловца при их движении вперед, в стороны и вверх —вниз, а также движения­ми рук при плавании любым спосо­бом и подтягиванием ног при пла­вании брассом. Туловище, руки и ноги «проталкиваются» вперед, уп­лотняя молекулы воды во встреч­ном ее потоке и повышая этим дав­ление воды впереди себя и соот­ветственно сопротивление движе­нию. Спортсмен, плывущий кро­лем, буквально «вколачивает» руки в воду, создавая этим большое ударное волновое сопротивление. Повышает его и «проталкивание» тыльной части кисти при входе рук в воду. И лишь их вход ребром ла­дони уменьшает занимаемую ими площадь и соответственно встре­чаемое сопротивление.

Фрикционное сопротивление. В результате трения между кожей и водой на поверхности кожи задер­живаются молекулы воды, которые, сталкиваясь с другими молекулами, находящимися перед ними, хаотич­но отскакивают и, «вмешиваясь» в соседние потоки, увеличивают их турбулентность и тем самым соз­дают дополнительное сопротивле­ние движению. Создаваемое при этом сопротивление трения в ос­новном обусловлено площадью те­ла, шероховатостью его поверх­ности и скоростью продвижения. Естественно, меньшее трение соз­дается возле более гладкой кожи.

На протяжении уже почти соро­ка лет пловцы для достижения более

14

Высокого результата сбривают пе­ред соревнованиями волосы. И не прекращается спор о том, что же собственно обеспечивает этот из­вестный эффект, — просто ли по­вышение уверенности в своих си­лах из-за веры в действенность бритья, обострение ли чувства воды раздраженной кожей или умень­шение сопротивления. И если все эти факторы в совокупности, то какой все же в наибольшей ме­ре. Между тем, есть основания утверждать, что, если и не в реша­ющей мере, то во многом, третий из перечисленных. Их, в частности, дали итоги исследований Шарпа и Костилла (1989). С интервалом в 9 дней у группы квалифицирован­ных пловцов до и после бритья определяли шаг и концентрацию лактата при преодолении дистан­ции с заданным темпом, потребле­ние кислорода при плавании «на привязи» с максимальной интен­сивностью и длину скольжения после отталкивания от бортика бас­сейна. Средние показатели шага и концентрации лактата составили 207 см и 8,48 ммоль-л~1 И 236 см и 6,48 ммоль-л-! после бритья, что свидетельствует о существенном после него повышении экономич­ности работы и* эффективности движений. Значительно увели­чилась и длина скольжения. Не из­менилась лишь энергетическая сто­имость работы при плавании «на привязи» и соответственно с нич­тожным фрикционным сопротивле­нием. Не составляет сомнений, что улучшение результата при бритье преимущественно связано с умень­шением фрикционного сопротивле­ния.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

TITLE

TITLE