Спортивно-Тренажерный

Физические законы в плавании

определение

С помощью законов физики делаются попытки улучшить и оптимизировать индивидуальные стили плавания. К ним относятся статическая плавучесть, гидродинамическая плавучесть и различные способы передвижения в воде. Он использует биомеханические принципы и физику.

статическая плавучесть

Практически каждому удается плавать на поверхности воды без помощи плавучести. Эта очевидная потеря веса происходит из-за статической плавучести.

Например, если тело погружается в воду, оно вытесняет определенное количество воды. На это тело действует подъемная сила (статическая плавучесть).

Статическая плавучесть соответствует весу, который тело перемещает относительно массы воды.
Статическая плавучесть противоположна силе веса. (вверх)

Например, в воде можно легко поднять присевшего пловца значительно более слабым человеком. Если вы поднимаете часть тела из воды, статическая плавучесть уменьшается, и подъем становится более трудным.

Глубокий вдох увеличивает объем легких и, следовательно, весь объем тела и статическую плавучесть.

Например, плавающий пловец выдыхает и опускается на дно.

Удельный вес (плотность тела) имеет решающее значение для плавучести тела в воде. Чем больше плотность тела, тем больше тело тонет в воде. Спортсмены с тяжелыми костями и большим количеством мускулов имеют большую плотность и значительно больше тонут, и, следовательно, имеют недостатки при плавании. По сравнению с мужчинами, у женщин больше подкожно-жировой клетчатки, поэтому они обладают большей статической плавучестью и более выгодным положением в воде.

статическая плавучесть и положение на воде

Расположение в воде имеет решающее значение для длительного и быстрого плавания. Для правильной водной ситуации важны 2 физических точки атаки. С одной стороны, центр тяжести тела (KSP) и центр объема (VMP). KSP человека расположен примерно на высоте пупка и является точкой приложения силы веса, направленной вниз. VMP является точкой приложения статической плавучести и из-за большого объема грудной клетки находится примерно на уровне груди. В воде КСП и ВМП сменяют друг друга. Пример. Кубоид (наполовину пенополистирол, наполовину железо) не лежит на поверхности воды, а металлическая наполовину тонет, а прямоугольник расположен вертикально, стороной из пенополистирола вверх.

Подобно кубоиду, этот принцип работает с человеческим телом. КСП и ВМП приближаются друг к другу, в результате ноги опускаются, а тело все более вертикально располагается в воде.

Важный! Ноги, висящие слишком глубоко в воде, не создают толчка и не увеличивают водонепроницаемость, т. Е. Ноги поднимаются на поверхность.

Чтобы не опускать ноги, рекомендуется, с одной стороны, работать с диафрагмальным / брюшным дыханием, а не грудным дыханием при плавании, чтобы VMP держался как можно ближе к KSP, а с другой стороны, чтобы голова была в воде, а руки вытянуты далеко вперед. Это приводит к смещению головки KSP в сторону VMP.

Законы для тел, скользящих по воде

Движение тела в воде создает различные сложные эффекты, которые необходимо объяснить, чтобы понять плавание.

Силы, возникающие в воде, делятся на тормозные и движущие.

Общее сопротивление, которому человеческое тело противодействует в воде, складывается из трех форм:

Сопротивление трения возникает из-за того, что отдельные частицы воды протягиваются на определенном расстоянии на коже пловца (Течение пограничного слоя). Это так называемое статическое трение уменьшается с увеличением расстояния от пловца. Это сопротивление трению зависит от структуры поверхности, поэтому в последние годы люди все чаще используют купальники с низким коэффициентом трения при плавании.

Самым важным сопротивлением при плавании является сопротивление форме. Здесь частицы воды перемещаются против направления движения / плавания и оказывают тормозящее действие на пловца. Сопротивление формы зависит от формы тела и турбулентности воды в следе. Смотрите формы тела и плавность.

Последнее сопротивление при плавании - это так называемое волновое сопротивление. Проще говоря, это означает, что при плавании и скольжении вода должна подниматься против силы тяжести. Возникают волны. Это сопротивление зависит от глубины воды, которой все больше и больше пловцов пользуются и выполняют фазы скольжения на гораздо более глубокой воде.

Гидродинамический подъемник

Гидродинамическая подъемная сила хорошо видна с крыла самолета. Крыло самолета устроено так, что воздух, обтекающий его, преодолевает расстояния разной длины по бокам крыла. Поскольку частицы воздуха снова собираются вместе за крылом, поток вокруг крыла должен иметь разные скорости. А именно: быстрее вверху и медленнее внизу. Это создает динамическое давление под крылом и давление всасывания над крылом. Итак, эпизод взлетает с самолета.

То же самое происходит с пловцом в воде, но не так идеально.

Этот подъем иллюстрируется следующим примером. Если вы лежите в воде, ваши ноги относительно быстро тонут.Однако, если партнер постоянно тянет вас через воду, гидродинамическая плавучесть заставляет ваши ноги удерживаться на поверхности воды.

Направление действий в плавании делится следующим образом:

сопротивление: Против направления плавания

Гидродинамический подъемник: Перпендикулярно направлению плавания.

Привод: в плавательном направлении

Формы тела и плавность

Не лобная площадь тела, как предполагалось ранее, а соотношение лобной площади к длине тела играет наиболее важную роль в сопротивлении в воде.

Это можно проиллюстрировать на следующем примере.

Если вы протянете пластину и цилиндр с одной и той же поверхностью через воду, сопротивление воды перед телом будет одинаковым, но турбулентность в следе значительно отличается.

Термин «сопротивление лба», следовательно, не совсем правильный, поскольку турбулентность в следе замедляет тело сильнее.

Согласно последним данным, веретенообразные структуры пингвинов имеют наименьшую турбулентность в следе. Рыбы с такой формой тела - одни из самых быстрых пловцов.

Пример обратного слива:

Человек, идущий по воде, тянет за собой партнера, присевшего на поверхности воды, за счет эффекта всасывания.

Движение в воде

Движение в воде может пройти Изменение формы тела (движение плавников у рыб) или Конструкции, генерирующие движущую силу (Пропеллер). В обоих методах вода приводится в движение и, таким образом, воздействует на плавающее тело. Ответная реакция называется опорой.

Три принципа передвижения в воде более подробно описаны ниже.

1. Принцип прижимной лопатки:
Например. Утиные лапы: Здесь ноги утки перемещены перпендикулярно направлению движения (назад). Сзади находится отрицательное давление (мертвая вода), которое замедляет плавающее тело. Требуется много энергии и низкая тяга.

2. Отражающий принцип:

Например. Осьминог: Кальмар собирает воду в своем теле и выталкивает ее через узкий канал. Это создает драйв на теле

3. Принцип волнистости:

Например. дельфин: За каждым телом появляются вращающиеся массы воды. Однако в большинстве случаев эти вращающиеся водные массы неупорядочены и имеют тормозной эффект. У дельфинов водные массы упорядочиваются волной тела и поэтому могут быть полезны для движения. Эти упорядоченные массы воды называются вихрями. Однако в плавании очень трудно привести водные массы в упорядоченное вращение, перемещая тело. Однако в рабочем диапазоне он обеспечивает очень высокую скорость плавания.

Концепции привода

Традиционная концепция привода:

При традиционной концепции привода части тела, используемые для движения, перемещаются по прямой линии и в направлении, противоположном направлению плавания (actio = reactio). Большие водные массы перемещаются с нарастающей скоростью, но с малым движением (гребные пароходы).

Классическая концепция привода:

Движение за счет гидродинамической плавучести (по сравнению с гребным винтом корабля).

Тем не менее, эта концепция привода является спорным, так как пропеллер всегда получает воду с той же стороны, и ладони не во время купания. Кроме того, этот привод работает только после определенной длины бега, но тяга руки при плавании составляет всего 0,6-0,8 м.

Концепция вихревого привода: (используемая в настоящее время модель)

Вращающиеся массы воды вслед за ступнями и руками приобретают все большее значение для производителей абатментов в последние годы.

Вихрь создается, когда массы воды перемещаются из застоя в зону всасывания. Делается попытка разместить на небольшом пространстве много воды по сравнению со свертыванием ковра. Вихрь появляется за ступнями в виде ролика, а за руками в виде косы.