Спортивно-Тренажерний

Фізичні закони в плаванні

визначення

За допомогою законів фізики робиться спроба подальшого вдосконалення та оптимізації індивідуальних стилів плавання. До них відносяться статична плавучість, гідродинамічна плавучість та різні способи переміщення у воді. Він використовує біомеханічні принципи та фізику.

статична плавучість

Практично кожному вдається плавати на поверхні води без допомоги плавучості. Ця явна втрата ваги пояснюється статичною плавучістю.

Наприклад, якщо тіло занурюється у воду, воно витісняє певну кількість води. На цей організм діє сила плавучості (статична плавучість).

Статична плавучість відповідає вазі, яку організм витісняє з точки зору водної маси
Статична плавучість протилежна силі ваги. (вгору)

Наприклад, у воді можна скуйовдженого плавця легко підняти значно слабкішою людиною. Якщо підняти частину тіла з води, статична плавучість зменшується, а підйом стає складніше.

Глибоке вдихання збільшує об’єм легенів і, таким чином, збільшується об’єм всього тіла і статична плавучість.

Наприклад, плавучий плавець видихає і опускається на дно.

Питома вага (щільність тіла) визначальна для плавучості тіла у воді. Чим більша щільність тіла, тим більше тіло тоне у воді. Спортсмени з важкими кістками та багатьма м'язами мають більшу щільність і значно тонуть і, таким чином, мають недоліки при плаванні. У порівнянні з чоловіками, жінки мають більше підшкірної жирової клітковини і, отже, мають більшу статичну плавучість та кращу позицію у воді.

статична плавучість та положення води

Розташування у воді має вирішальне значення для тривалого та швидкого плавання. Для правильної ситуації з водою важливі 2 фізичні точки нападу. З одного боку, центр ваги тіла (KSP) та об'ємний центр (VMP). КСП людини розташований приблизно на висоті пупка і є точкою прикладання сили до ваги вниз. VMP - це точка застосування для статичної плавучості, і завдяки об’ємному грудному клітину він знаходиться приблизно на висоті грудей. У воді KSP і VMP зміщуються один над одним. Приклад. Кубоїд (наполовину пінопласт, наполовину залізо) лежить не на поверхні води, а металева половина занурюється, а кубоїда вертикальна, пінополістирол - вгору.

Подібно до кубоїдної, цей принцип працює з організмом людини. KSP і VMP наближаються один до одного, і в результаті ноги опускаються, а тіло все більше вертикально перебуває у воді.

Важливо! Ноги, що звисають занадто глибоко у воді, не створюють ніякого руху і не підвищують водостійкість, тобто ноги до поверхні.

Щоб уникнути опускання ніг, доцільно працювати з діафрагмою / черевним диханням замість грудного дихання при плаванні, щоб ВМП тримався якомога ближче до КСП, а з іншого боку, щоб тримати голову у воді та витягнути руки далеко вперед. Це призводить до зсуву голови КСП у бік ВМП.

Закони для тіл, ковзаючих у воді

Тіло, що рухається у воді, створює різні складні ефекти, які необхідно пояснити, щоб зрозуміти плавання.

Сили, що виникають у воді, поділяються на гальмуючі та керуючі.

Загальний опір, якому організм людини протидіє воді, складається з трьох форм:

Опір тертя виникає внаслідок того, що окремі частинки води натягуються на певній відстані на шкіру плавця (Прикордонний шар потоку). Це так зване статичне тертя зменшується зі збільшенням відстані від плавця. Цей опір тертю залежить від структури поверхні, саме тому в останні роки люди все частіше використовують купання з низьким тертям у плаванні.

Найважливішим опором для плавання є опір форми. Тут водяні частинки переміщуються проти напрямку руху / плавання і мають гальмівний ефект на плавця. Опір форми залежить від форми тіла та водної турбулентності на хвилі. Дивіться форми тіла і потік.

Останній опір при плаванні - це так званий хвильовий опір. Попросту сказано, це означає, що плаваючи та ковзаючи, воду треба піднімати проти гравітації. Виникають хвилі. Цей опір залежить від глибини води, якою все більше плавців користуються та виконують фази ковзання у набагато глибшій воді.

Гідродинамічний підйом

Гідродинамічний підйомник добре видно з крила літака. Характер крила літака розроблений таким чином, щоб повітря, що протікає навколо нього, охоплював відстані різної довжини по боках крила. Оскільки частинки повітря знову збираються за крилом, потік навколо крила має бути з різною швидкістю. А саме: швидше вгорі і повільніше внизу. Це створює динамічний тиск нижче крила і тиск всмоктування над крилом. Тож епізод злітає з літака.

Те саме відбувається з плавцем у воді, але не так ідеально.

Цей підйом проілюстровано наступним прикладом. Якщо ви лежите рівно у воді, ноги відносно швидко тонуть.Однак якщо партнер постійно вас тягне через воду, гідродинамічна плавучість змушує ваші ноги утримуватися на поверхні води.

Напрямок дії в плаванні поділяється так:

опір: Проти напрямку плавання

Гідродинамічний підйом: Перпендикулярно напрямку плавання

Привід: у напрямку плавання

Форми тіла і течія

Не лобова область тіла, як раніше передбачалося, але відношення лобової площі до довжини тіла відіграє найважливішу роль у опорі у воді.

Це можна проілюструвати наступним прикладом.

Якщо витягнути тарілку та циліндр з однаковою поверхнею через воду, опір води перед тілом однаковий, але турбулентність на хвилі значно відрізняється.

Отже, термін опір чола не зовсім коректний, оскільки турбулентність на хвилі сповільнює організм сильніше.

За останніми висновками, веретеноподібні структури пінгвінів мають найменше турбулентність на хвилі. Риби з цими формами тіла є одними з найшвидших плавців.

Приклад зворотного потоку:

Людина, що йде по воді, тягне партнера, пригнутого до поверхні води позаду нього, внаслідок ефекту всмоктування.

Просування у воду

Просування в воду може проникнути Зміна форми тіла (рух плавника в рибі) або пов Конструкції, що генерують двигун (Пропелер). В обох методах вода приводиться в рух і тим самим діє на плаваюче тіло. Реципрочна реакція називається абатментом.

Три принципи руху в воді пояснюються більш докладно нижче.

1. Принцип дії гребінця під тиском:
Наприклад Качині ноги: Тут ноги качок переміщуються перпендикулярно напрямку руху (назад). На спині є негативний тиск (мертва вода), що уповільнює плаваюче тіло. Потрібно багато енергії, а двигун низький.

2. Рефлексивний принцип:

Наприклад Восьминіг: Кальмар збирає воду в своєму тілі і виводить її через вузький канал. Це створює привід на кузові

3. Принцип розповсюдження:

Наприклад дельфін: За кожним тілом на хвилі виникають обертові маси води. Однак у більшості випадків ці обертові водні маси є невпорядкованими та мають гальмівний ефект. З дельфінами водні маси впорядковуються хвилею тіла, тому можуть бути корисними для руху. Ці впорядковані маси води називаються вихровими. У плаванні, однак, дуже важко встановити водні маси в упорядкованому обертанні, переміщуючи тіло. Однак у діапазоні продуктивності він забезпечує дуже високі швидкості плавання.

Концепції приводу

Звичайна концепція приводу:

При традиційній концепції приводу деталі кузова, які використовуються для приводу, переміщуються по прямій лінії і в зворотному напрямку до плавального напрямку (actio = reactio). Великі водні маси переміщуються зі збільшенням швидкості, але з невеликим приводом (лопатеві пароплави).

Класична концепція приводу:

Приведення в рух за допомогою гідродинамічної плавучості (порівняно з судновим гвинтом).

Однак ця концепція приводу суперечлива, оскільки гвинт завжди отримує воду з тієї ж сторони, а долоні - не під час плавання. Крім того, цей привід працює лише після певної довжини бігу, але тягання руки при плаванні становить лише 0,6-0,8 м.

Концепція приводу Vortex: (використовується в даний час модель)

Обертові маси води на ногах і руках в останні роки набувають все більшого значення як виробника абатменту.

Вихор створюється, коли маси води переміщуються із застою до зони всмоктування. Робиться спроба вмістити велику кількість води в невеликому просторі, порівняно з перекиданням килима. Вихор постає за ногами у вигляді валика, а за руками - як форма коси.