Что такое динамическое плавание
Жидкость текуча, подвижна, однако перемещение частиц жидкости требует затраты энергии. Происходит это потому, что каждая частица имеет определенную массу и при перемещении частиц возникает трение между ними. Поэтому когда тело, перемещающееся в жидкости, сдвигает с места одну частицу, то она, смещаясь, нарушает покой других частиц жидкости. На это расходуется определенное количество энергии движущегося тела, его продвижение замедляется.
Чем больше плотность жидкости и вязкость ее, т. е. чем больше масса частиц одинакового объема и чем больше сила трения внутри жидкости, тем больше сопротивление жидкости движущемуся в ней телу.
При прочих равных условиях морская вода оказывает несколько большее сопротивление, чем пресная. При изучении закономерностей сопротивления воды с целью анализа техники плавания плотность и вязкость ее принимают как постоянные величины, так как изменения их в пределах температурных условий, характерных для плавания (от 15 до 30° С), незначительны и существенного влияния на технику плавания не оказывают. При значительном изменении состава воды (большое количество растворенных в ней солей) изменения плотности и вязкости учитываются.
Приняв условно плотность и вязкость воды как постоянную, неизменяющуюся составляющую формулы сопротивления, можно обнаружить, что сопротивление изменяется в зависимости от мидельного (лобового) сечения, от скорости продвижения тела и от его формы.
Общая формула сопротивления воды будет иметь такой вид: F=KS(v 2 /2)c,
где: F — величина сопротивления воды; К — характеристика вязкости и плотности жидкости (величина более или менее постоянная); S — мидельное сечение тела; v — скорость его движения; с — коэффициент обтекаемости, зависящий от формы тела.
Сопротивление воды, как видно из формулы на стр. 64, изменяется приблизительно пропорционально квадрату изменения скорости движения. Если скорость увеличилась вдвое, сопротивление возрастает в четыре раза. При увеличении скорости в три раза сопротивление возрастает в девять раз.
Эта зависимость сопротивления воды от скорости продвижения пловца дает основание прийти к следующим практическим выводам:
1. С точки зрения наиболее рационального использования энергии дистанцию следует проплывать равномерно, преодолевая за каждый промежуток времени одно и то же расстояние. В этом можно убедиться, сделав такой несложный расчет.
Таким образом, надо стремиться к тому, чтобы все отрезки дистанции проплывать с равной скоростью и чтобы скорость продвижения внутри каждого цикла движений в любом из способов плавания приближалась к равномерной.
Полностью выполнить эти требования невозможно. Относительно равномерная скорость наблюдается главным образом у пловцов йа длинные дистанции. У спринтеров вначале отмечается несколько большая скорость, чем во второй половине дистанции. График преодоления каждого отрезка дистанции определяется не только в соответствии с законами механики, но и в соответствии с закономерностями физиологических функций, тактическими замыслами и индивидуальными особенностями пловца.
Еще труднее обеспечить внутрицикловую равномерность продвижения. Анатомическое строение тела таково, что нельзя обеспечить непрерывные равномерные тяговые усилия, однако при правильном сочетании рабочих и подготовительных движений можно свести к минимуму изменения скорости внутри цикла. При этом большое значение имеет использование инерции движения конечностями. Когда, например, рука начинает движение вперед, то продвижение остальных частей тела замедляется. Когда к концу подготовительного движения замедляется и останавливается движение руки вперед (по отношению к телу), инерция ее движения передается телу, повышая скорость его продвижения.
Поэтому целесообразно так координировать движения, чтобы моменты возникновения инерции от движения вперед руками совпадали с моментом эффективного гребка ногами и наоборот (например, в брассе).
2. Рабочие движения в их наиболее эффективной части нужно проводить энергично, придавая гребущим поверхностям большую скорость по отношению к воде.
Подготовительные движения производятся медленнее, за исключением тех случаев, когда рука движется над водой. Оптимальная скорость подготовительных движений, выполняемых под водой, определяется путем практических проб. Слишком медленное выполнение их приведет к нарушению общего ритма и темпа. Слишком быстрое — к возрастанию сопротивления.
Как бы медленно ни выполнял пловец подготовительные движения, их скорость будет не ниже скорости продвижения тела вперед. Скорость подготовительных движений пловца под водой в определенной степени зависит и от того, в какой степени изменяется лобовая поверхность гребущей конечности. Чем больше она уменьшается по отношению к положению во время гребка, тем в большинстве случаев быстрее выполняется подготовительное движение. Так, например, продвижение рук вперед при плавании брассом производится с большей скоростью, чем подтягивание ног.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
ДИНАМИЧЕСКОЕ ПЛАВАНИЕ
Динамическое плавание – это движение тела в воде, возникающее в результате взаимодействия с внешней средой. Продвижение пловца вперед обеспечивается при обязательном гидродинамическом взаимодействии внутренних и внешних сил. Например, сила тяги (внешняя сила), обеспечивающая продвижение пловца вперед, возникает благодаря взаимодействию внутренних (мышечных) сил с окружающей водой и воздухом.
Динамическое плавание характеризуется взаимодействием следующих сил: тяжести, выталкивающей, сопротивления, тяги и подъемной силы (рис. 13). Некоторые из них приподнимают пловца на поверхности воды и обеспечивают его продвижение вперед, другие – оказывают тормозящее действие.
Рис. 13. Силы, действующие на пловца при динамическом плавании
Силы сопротивления
Сопротивление движению пловца зависит от плотности и вязкости воды, скорости плавания, линейных размеров тела и его формы. Общее гидродинамическое сопротивление слагается из сопротивления трения, сопротивления формы тела (вихреобразования) и волнового сопротивления.
Сопротивление трения. При движении тела в воде различают два вида сопротивления трения: внешнее и внутреннее. Сопротивление, возникающее вследствие взаимодействия движущегося тела с молекулами воды, называется внешним трением. При движении пловца молекулы воды как бы прилипают к поверхности тела, создавая вокруг него так называемый «пограничный слой», который движется со скоростью, почти равной скорости движения тела.
«Пограничный слой», движущийся за пловцом, увлекает за собой частицы смежных слоев воды. Таким образом, вокруг пловца образуется зона движущейся воды, в которой скорость отдельных слоев по мере удаления от тела уменьшается и на известном расстоянии от него становится равной нулю. Это торможение слоев воды, движущихся с различной скоростью, носит название внутреннего трения среды. Исследования показывают, что сопротивление трения в спортивном плавании составляет 70–75% общего сопротивления (Б. И. Оноприенко).
Сопротивление формы тела. При движении вперед пловец испытывает противодействие встречных потоков воды, которые, обтекая тело, не плавно соскальзывают с него, а срываются, образуя сзади вихри. При этом перед пловцом создается область повышенного давления, тормозящая движение вперед, а сзади – область пониженного давления, засасывающая тело назад. Эти две тормозящие силы и составляют сопротивление формы тела, которое вместе с сопротивлением трения образует силу лобового сопротивления. Лобовое сопротивление зависит от формы тела, величины смоченной поверхности, скорости движения пловца и других факторов.
Известно, что различные по форме тела испытывают и различное сопротивление при движении в воде. Наименьшее сопротивление испытывают такие тела, у которых передняя (лобовая) часть имеет плавное закругление, а задняя – обтекаемую форму (рис. 14). Если, например, сопротивление, оказываемое водой телу, имеющему форму падающей капли, принять за единицу, то сопротивление металлической пластинки будет больше в 30 раз.
В процессе аэродинамических и гидродинамических исследований было установлено, что «пограничный слой» на скоростях спортивного плавания турбулентен почти на всех участках тела. Сопротивление формы тела составляет 17–21% общего сопротивления. Для уменьшения силы вихревого сопротивления необходимо придать телу наиболее обтекаемое положение, рабочие и подготовительные движения производить по оптимальным траекториям, эффективно и свободно. При выполнении старта и поворота уменьшение сопротивления, а следовательно, увеличение скорости и длины скольжения достигается за счет устранения прогиба туловища, вытягивания рук вперед и соединения их впереди головы, удержания головы между руками, выпрямления ног и оттягивания ступней.
 Рис. 14. Сопротивление различных по форме тел при движении в воде |
Волновое сопротивление. Движение пловца на поверхности воды вызывает повышенное давление в жидкости. Вода, оттесненная телом, расходится в стороны, образуя косые и поперечные волны. При плавании с небольшой скоростью волнообразование невелико, но с увеличением скорости оно становится значительным. В узких и мелких бассейнах при отсутствии водосливов волнообразование больше, чем в глубоких и широких бассейнах с водосливами. Наиболее ощутимо волновое сопротивление на крайних дорожках и у поворотных щитов вследствие отражения волн от бортов бассейна.
Величина волнового сопротивления зависит также от способа плавания и технического мастерства пловца. Начинающие пловцы создают большую волну, чем спортсмены высокого класса. При максимальной скорости спортивного плавания волновое сопротивление не превышает 7% общего сопротивления. Уменьшение волнообразования достигается за счет придания телу во время плавания более обтекаемой формы и сохранения устойчивого положения тела на воде.
Динамическое плавание.
2.1.Сопротивление. Скорость продвижения пловца является результатом действия двух сил. Одна из них тормозит. Это сопротивление, вызываемое водой, которую пловец проталкивает вдоль тела. Различают три вида сопротивления воды:
1) фронтальное или лобовое сопротивление;
2) трение кожного покрова;
3) “хвостовое втягивание” или дополнительное (“вихревое” сопротивление).
Фронтальное сопротивление создается водой непосредственно впереди или в любой части тела.
Трение кожного покрова, вызывается сопротивлением воды, находящейся непосредственно у тела.
Дополнительное сопротивление, или “хвостовое” втягивание, образуется с помощью воды, которая не может заполнить пространство позади плохо обтекаемых частей тела, и пловцу приходиться тащить за собой некоторое количество воды.
Величина сопротивления, которое оказывает жидкость движению погруженного в него тела, зависит от свойств данной жидкости (от ее вязкости и плотности), величины лобового сечения тела, скорости движения тела, от формы тела и гладкости его поверхности. Эта зависимость выражается формулой:
Зависимость сопротивления воды от формы тела, гладкости его поверхности:форма тела оказывает большое влияние на величину сопротивления воды. Тело, имеющее обтекаемую форму, испытывает сопротивление воды в 25-30 раз меньше, чем тело с таким же лобовым сечением, но без обтекаемой формы.
Форма задней части тела влияет на величину сопротивления больше, чем форма передней части. Объясняется это тем, что во время плавания сзади пловца создается область пониженного давления. Когда тело перемещается вперед, то на том месте, где оно находилось, должна образоваться пустота, которая сразу же заполняется водой. За телом создается область пониженного давления, которая как бы “не пускает” его продвигаться вперед.
Телу пловца необходимо придать наиболее обтекаемую форму, незначительные изменения формы вызывают значительные изменения величины сопротивления (Рис. 3).
На величину сопротивления воды влияет не только общая форма тела, но и то, как его поверхность смачивается водой. При обтекании тела с хорошо смачивающейся поверхностью слой воды, прилегающий к телу, как бы прилипает к нему и увлекается вперед вместе с ним. Следующий слой воды увлекает третий и т.д.
Сальные железы выделяют на поверхность кожи некоторое количество жира, который делает ее эластичной и способствует снижению трения кожного покрова.
В настоящее время спортсмены высокого класса для уменьшения сопротивления применяют высокотехнологические костюмы.
2.2.Лобовое сечение тела и его влияние на величину сопротивления.
Лобовым, или мидельным, сечением тела называется проекция тела на плоскость, перпендикулярную направлению его движения.
Сопротивление изменяется прямо пропорционально изменению величины лобового сечения тела. Если лобовое сечение увеличится в три раза, то и сопротивление возрастет в три раза, если уменьшится в пять раз, то и сопротивление уменьшится во столько же раз.
Для того чтобы уменьшить вредное сопротивление во время плавания, нужно тело располагать так, чтобы лобовое сечение тех частей, что находятся под водой, было как можно меньше и чтобы во время подготовительных движений конечностями лобовое сечение было минимальным. Рабочие движения руками и ногами следует выполнять, увеличивая до максимума лобовое сечение конечностей.
Минимальную лобовую поверхность тело человека будет иметь в том случае, если оно движется в направлении своей продольной оси.
При плавании у поверхности воды лучше располагать тело с небольшим углом атаки, чтобы плечевой пояс находился немного выше таза. В этом случае встречные токи воды будут создавать дополнительную подъемную силу, улучшая условия движения ногами и облегчая дыхание.
Величина угла атаки зависит от того, какой способ использует пловец, от скорости плавания и от индивидуальных особенностей пловца.
Создание угла атаки приводит к небольшому увеличению лобового сечения и увеличению сопротивления воды. Однако при положительном угле атаки образуется подъемная сила, помогающая удерживать тело ближе к поверхности воды, в более “высоком” положении. В результате, если угол атаки не слишком велик, лобовое сечение практически не увеличивается. Когда угол атаки большой, всплывание тела к поверхности воды уже не может компенсировать увеличения лобового сечения тела, и сопротивление воды заметно возрастает.
Поэтому попытка искусственно принять высокое положение в воде не приносит успеха. Некоторые пловцы лежат в воде выше, чем другие, так как обладают лучшей плавучестью и большой скоростью продвижения. Многие поднимают голову, пытаясь искусственно принять высокое положение в воде. Однако при этом поднимается только верхняя часть тела, а нижняя погружается. Движения рук и ног становятся менее эффективными: пловцу приходится затрачивать сравнительно большую часть усилий на то, чтобы преодолевать увеличивающееся сопротивление и удержать приподнятую над водой голову.
По мере нарастания скорости продвижения сопротивление воды возрастает только под пловцом, а не над ним. Поэтому, совершенствуя стиль пловца, нужно стремиться находить угол атаки, соответствующий индивидуальным особенностям данного спортсмена (в пределах, указанных при описании техники плавания тем или другим способом).
Чтобы проплыть быстрее, спортсмену необходимо: 1) уменьшить сопротивление; 2) увеличить движущую силу; 3) использовать сочетание этих двух факторов. Эта задача может быть решена только при нахождении рациональной техники. Самым большим усовершенствованием в технике плавания за последние годы было уменьшение сопротивления.
Занятия общей физической подготовкой способствуют развитию силы, необходимой для быстрого передвижения на дистанции при наименьшем сопротивлении воды. По мере утомления пловец прикладывает меньшую движущую силу и обтекаемость его тела ухудшается.
2.3. Силы, продвигающие пловца вперед:силы, продвигающие пловца вперед, образуются при помощи рук, а иногда и ног, но главным образом за счет захвата воды кистями и отталкивания ее назад стопами.
Движения руками.Существует три варианта гребка рукой с разновидностями, используемыми при плавании кролем или баттерфляем. От эффективности гребка зависит скорость продвижения пловца. Различают: 1) гребок с опущенным локтем; 2) гребок прямой рукой; 3) правильный гребок.
Худшим считается гребок с опущенным локтем. Он недостаточно продвигает пловца вперед, так как проталкивает назад слишком мало воды. Так обычно плавают начинающие.
Чтобы придать телу большее количество движения, нужен достаточно высокий импульс силы. Значит надо избрать такую траекторию движения движителя, которая бы обеспечила продолжительный контакт рабочей поверхности с водой. Она имеет форму кривой.
Движения руками и ногами при плавании чаще всего имеет вращательный и возвратно-вращательный характер. При этом направление движения кисти меняется плавно. Путь, который проходит кисть в воде, раза в 3 больше, чем путь, проходимый локтем. Скорость движения кисти в отдельные моменты гребка превышает 4 м в секунду.
Угол атаки кисти во время гребка во многом определяет эффективаность движения. Относительно траектории своего собственного движения кисть ориентирована во время гребка, как правило, под острым углом.
Если кисть участвует в создании непрерывной опоры о воду, то функция плеча заключается в передаче через систему жестких звеньев результатов этого контакта с водой на тело пловца с целью его движения в заданном направлении. Жесткая система необходима для рациональной передачи силы от одного звена к другому. Система опорных звеньев может укорачиваться и удлиняться, изменять взаимное расположение.
Первая половина гребка во всех способах плавания должна выполняться с высоким положением локтя. Высокому положению локтя и оптимальной жесткости руки способствует небольшой разворот кисти ладонью наружу в фазе входа руки в воду и захвата воды.
Самое большое сопротивление наблюдалось при положении кисти А. В остальных четырех положениях сопротивление уменьшалось соответственно порядку их перечисления. При положении кисти Д и Е как фронтальное (лобовое), так и дополнительное (вихревое) сопротивление было значительно меньше.
Почему не следует держать пальцы разомкнутыми? При таком положении кисти затрачивается большее количество усилий. Наступает утомление и скорость продвижения падает, особенно при проплывании длинных дистанций.
Плоское положение кисти надо считать наилучшим. При этом большой палец может находиться в положении отведения от всей кисти.
Однако не надо забывать, что даже самые лучшие пловцы мира имеют недостатки в технике гребка. То, что спортсмен, несмотря на эти недостатки, достигает высоких результатов, объясняется двумя причинами: 1) благодаря своим исключительным особенностям, развитой силе и общей физической подготовленности; 2) недостатки так незначительны, что они не влияют на результат.
2.4. Равномерное продвижение движущей силы. Этот принцип можно назвать принципом “непрерывного движения”. Во время продвижения тела вперед более эффективным будет равномерное, а не волнообразное приложение усилий. Поэтому кроль на груди и является самым быстрым из спортивных способов плавания.
Техника гребка должна по возможности обеспечивать равномерное продвижение тела в воде. Иначе говоря, при плавании необходимо избегать различных пауз. При волнообразном изменении скорости большая часть силы, которую пловец мог бы использовать на преодоление сопротивления воды, будет расходоваться на преодоление инерции тела.
При плавании кролем на груди и на спине начало гребка одной рукой совпадает с завершением гребка другой. В этом случае обеспечивается более ровное и постоянное приложение усилий. При плавании баттерфляем гребок начинается сразу же после входа рук в воду и любое скольжение в этот момент замедляет продвижение.
При плавании брассом после выведения рук вперед, полезно выполнять небольшое скольжение, которое позволит лучше использовать скорость, возникающую от движений ногами. Инерция поможет телу принять более ровное положение, в результате чего сопротивление уменьшиться. Если скольжение слишком продолжительное, то скорость падает, стопы погружаются в воду и пловцу вновь приходится затрачивать много усилий на приобретение ускорения.
2.5. 3-й закон Ньютона и движения руками над водой:некоторые тренеры безразлично относятся к тому, как движется рука над поверхностью воды, поскольку основная фаза гребка проходит под водой. Однако в трех из четырех способов плавания подготовительные движения руками (пронос) выполняется над поверхностью и их механика сказывается на эффективности движений в целом. Неправильный пронос вызывает нарушение ритма движений рук, в результате чего пловец выполняет слишком быстрый или медленный гребок, форсирует его или прерывает его паузой.
К одним из самых серьезных недостатков движений руками над водой следует отнести такие, которые приводят к увеличению фронтального и дополнительного сопротивления. Если движения руками над водой выполняются широким махом против часовой стрелки, то бедра или стопы двигаются в противоположном направлении.
Мышцы участвующие в проносе руки, прикреплены к плечу. Сокращаясь, они укорачиваются и выполняют свою работу, вызывая отклонения тела от продольной оси. Это особенно заметно при плавании с помощью рук (с доской или резиновыми кругами между ногами). Выполнение широкого проноса как при плавании на спине, так и при плавании кролем вызывает движение стоп в противоположную сторону.
При плавании баттерфляем движения одной руки уравновешивается такими же движениями другой руки.
При анализе техники всех способов плавания необходимо ссылаться на 3-й закон Ньютона, сформулированный более 250 лет назад. В соответствии с ним каждое действие имеет равное по силе и противоположное по направлению противодействие. Другими словами, реакция направлена в точно противоположную сторону и под углом 180 градусов. Если пловец выталкивает воду непосредственно вниз, то силы противодействия выталкивают его прямо вверх.
Если спортсмен отталкивается назад кистями с силой 25 фунтов (1 фунт равен 453 г), а стопами 5 фунтов, то суммарная сила, продвигающая пловца, равна 30 фунтам.
Ряд авторов считает, что сила, создаваемая при движениях ногами неэффективна, она требует больших энерготрат. Спрашивается, какова же роль движений ног при плавании кролем на груди и на спине? Исследования последних лет показали, что при плавании с большой скоростью продвижение создается не только за счет движений рук, а и за счет движений ног (в спринте).
Движения ногами обеспечивают горизонтальное положение тела пловца, осуществляют функцию равновесия, создают силы тяги, участвуют в общй координации движений пловца, поддерживают ритмический рисунок движений всех звеньев.
2.6. Принцип перехода количества движения:количество движения довольно легко перевести с одной части тела на другую. Этот эффект используется во многих движениях, которые выполняются в воде и на суше. Количество движения, возникающего во время выполнения руками “мельницы” на старте, полностью переходит на тело и помогает пловцу после отталкивания преодолеть большее расстояние.
То же, можно наблюдать и во время движений руками над водой при плавании кролем на груди, на спине и баттерфляем. Так, при плавании на спине определенное количество движения возникает во время круговых движений над водой. Непосредственно перед входом кисти в воду вектор скорости направлен вниз (точка А). Если в этот момент руку резко затормозить (точка В), то часть количества движения перейдет на тело. В итоге плечи и голова погрузятся в воду. Наблюдая спортсменов, плавающих способом на спине, вы можете заметить, что у некоторых из них в результате неэффективной техники движений руками голова раскачивается вверх и вниз. Чтобы избежать этого, руку необходимо погрузить в воду со скоростью, равной скорости движения ее над водой.
2.7. Правило квадрата: сопротивление, которое тело испытывает в воде, приблизительно пропорционально квадрату увеличения скорости его движения. Например, если самолет, продвигающийся со скоростью 100 миль (1 миля равна 1609 м) в час, образует сопротивление 1000 фунтов, то при увеличении скорости полета вдвое (200 миль в час) он будет испытывать сопротивление в 4 раза больше. т.е. около 4000 фунтов. Этот же закон действует и при движении пловца в воде.
Так, если пловец опускает руку в воду в 2 раза быстрее, чем прежде, то сопротивление увеличивается в 4 раза. Поэтому ускоренные движения руками над водой не только нарушают ритм, но и увеличивая сопротивление, замедляют продвижение пловца.
Что же должно определять скорость проноса? Пловец не может погружать руку в воду медленно для того, чтобы уменьшить сопротивление. Скорость движения руки над водой должна соответствовать скорости гребка. Обычно пронос выполняется немного быстрее, но это незаметно. Трудно выполнять быстрое движение одной рукой над водой, в то время как другая осуществляет более медленный гребок. Соответствие скорости гребка и скорости проноса является важным фактором, определяющим ритм движений руками.
Когда пловец увеличивает скорость движения рук в воде, то при той же технике гребка его продвигающая сила возрастает в 4 раза. В то же время с позиции физиологии всякое увеличение скорости мышечных сокращений сопровождается увеличением расхода энергии в трое. Другими словами, когда скорость гребка возрастает вдвое, затраты энергии возрастают в восемь раз. Таким образом, в то время как рука, выполняющая быстрый гребок, увеличивает продвижение, значительно быстрее возрастают энерготраты и соответственно потребление кислорода. Вот почему пловцы, для которых характерны частые движения руками, быстро устают. Это так же объясняет, почему спортсмены, специализирующиеся в плавании на средние и длинные дистанции, должны плыть в строго определенном и равномерном ритме.
Существует физическое обоснование скоростей согласно которому человек не может проплывать за секунду больше длины собственного тела. Но это не всегда так. Можно и быстрее, но для этого спортсмен должен не двигаться за волной, которую сам создает, а глиссировать на ее гребне. Владимир Буре один из первых кто сумел “оседлать” волну. Другими словами обогнал не только время, но и самого себя. (Турецкий, 2002 г.).
При проплывании дистанции с определенным результатом пловец затратит меньше энергии в том случае если будет плыть с равномерной скоростью.
