Гидродинамическое сопротивление движению тела пловца

Гидродинамическое сопротивление движению тела пловца

 

Многие из вас слышали от тренера фразу: «держи руки в стрелочке, чтобы уменьшить сопротивление воды». Давайте сегодня рассмотрим, что же такое это сопротивление и как его преодолеть.

За основу я взял параграф №3.5, стр.72-77, Учебника «Спортивное плавание», изд. 1996 г., Москва, под ред. Булгаковой Н.Ж.

Итак, гидродинамическое сопротивление – это основная сила, тормозящая продвижение тела пловца. Графически вектор этой силы можно разложить на горизонтальную и вертикальную составляющие (рис. 24). R_гор. – тормозит тело, R_верт. – поддерживает его. Направление R_гор  совпадает с направлением встречного потока и ее можно рассматривать как силу лобового сопротивления R_x. В свою очередь силу, составляющую R_верт можно рассматривать как подъемную силу R_y.

 

Экспериментально сопротивление тела можно определить в процессе буксировки пловца в воде или обтекания потоком воды неподвижно зафиксированного пловца в гидроканале.

Существуют два вида сопротивления: пассивное – когда спортсмен принимает пассивную позу скольжения (руки в стрелочке), без движений, после отталкивания от бортика. Активное – возникающее в процессе активного плавания кролем, брассом, кролем на спине, дельфином и др. способами. По моим данным активное сопротивление до сих пор никем не измерялось практически. Расчеты и косвенные методы определения активного сопротивления показывают, что оно в 1,5-2 раза больше пассивного, зафиксированного на той же скорости (В.Б. Иссурин, 1977; Я.П. Кларис 1979, С.В. Колмогоров 1990). Это объясняется тем, что в процессе активного плавания спортсмен не может сохранить рациональную с точки зрения обтекаемости позу скольжения (движения руками, ногами, головой) и что внутрицикловая скорость движения равномерна.

Далее идут простые формулы, смысл которых в том, что мощность движущей силы, выполняющей работу против сил водной среды, будет расти пропорционально кубу скорости; соответственно и энергозатраты пловца на преодоление этого сопротивления будут расти пропорционально скорости в третьей степени. Если вам нужна будет формула напишите в комментах в любых соц. сетях.

Гидродинамическое сопротивление теоретически можно разделить на:

Сопротивление трения, возникающее в силу вязкости воды. Её частицы и слои, прилегающие к телу, образуют своего рода водный чехол, двигающийся вместе с телом вперед. Сопротивление трения составляет незначительную часть общего сопротивления. Но не стоит забывать, что обилие шерсти на вашем теле может негативно сказаться на общем результате.

Сопротивление волнообразования возникает во время движения по поверхности. Когда тело пловца рассекает неподвижную поверхность, сдвигаемая масса воды приходит в колебательное движение, образуя волны. У головы зарождаются носовая волна и расходящиеся волны, за линией плечевого пояса – поперечные волны. С увеличением скорости плавания затраты на преодоление этих волн увеличиваются и становятся особо ощутимыми в диапазоне 1,95-2,20 м/с (от 51 до 45,5 секунд на 100 м кролем) и выше (Д. Каунсилмен, 1955; Д. Миллер, 1975). В подобных условиях доля сопротивления волнообразования может доходить до 25-30% от общего сопротивления (В.А Румянцев, 1982).

Есть интересное мнение, информацию по которому я не искал (но если вам будет интересно – пишите в комменты, что-нибудь найдем): величина общего гидродинамического сопротивления при передвижении пловца под водой уменьшается по сравнению с его движением по поверхности и причина этого как раз в том, что в первом случае волн не образуется. Исследования на эту тему противоречивы, на 1996 год. Но можно небольшую аналитическую работу провести и посмотреть, может что-то и изменилось за 25 лет)))

Сопротивление формы. На его долю приходится около 70% общего гидродинамического сопротивления (В.А. Румянцев, 1982). Сейчас будет немного сложно, но сосредоточьтесь: сопротивление формы изменяется пропорционально квадрату скорости плавания (1), площади проекции тела на поверхность, перпендикулярную движению (2), существенно зависит от продольного профиля тела (собственно формы(3) и ориентации тела в потоке (4).

У хорошо обтекаемых тел (дельфин на рис. 24) обтекание потоком даже на высоких скоростях носит ламинарный характер – пограничный слой жидкости движется плавно и стекает с концевой части тела практически без вихреобразования.

Своими словами скажу: что мы не особо обтекаемые существа и создаем огромное количество вихревых потоков своими выпуклостями, тем самым увеличивая сопротивление.

Для пловца наиболее обтекаемым является вытянутое относительно направления продвижения положение тела: руки вытянуты вперед, кисти соединены (стрелочкой), голова находится между руками, ноги вытянуты и соединены вместе, носки ног оттянуты (см. рис. 24). Это положение нужно принимать во время скольжения/выхода после старта и поворота. Если в это время нарушить рациональное положение рук, силы сопротивления заметно возрастут (рис. 25).

При активном плавании существенно влияние на величину сопротивления воды оказывает не столько форма или размер тела, сколько непрерывно меняющаяся поза пловца (Я.П. Кларис, 1979). Поэтому основное внимание тренера должно быть уделено рациональной технике гребковых движений в сочетании с рациональным положением тела.

Например, прогибание тела в пояснице увеличивает сопротивление на 12% (Б.И. Оноприенко, 1979). Отрицательно сказывается на обтекаемости тела широкая амплитуда бедер при плавании кролем и дельфином, излишняя степень сгибания ног в тазобедренных суставах во время подтягивания ног брассом, зависание бедер внизу (недоразгибание при движении ноги вверх) кролем и дельвином. Высокое положение бедер у поверхности является ключевым элементом рационального положения тела. Другим ключевым элементом является непринужденное положение головы почти на продольной оси тела.

Сопротивление напрямую зависит от величины угла атаки тела (про него как-нибудь в другой раз). Угол атаки определяется углом между продольной осью тела и поверхностью воды. Он может быть положительным (плечи выше таза) или отрицательным (плечи ниже таза). Угол атаки постоянно меняется внутри цикла движений. Увеличение угла атаки от 0 до 5 градусов дает прирост сопротивления на 15%, увеличив его до 18 градусов – прирост сопротивления увеличится на 50%. Естественно, что нужно стремиться минимизировать амплитуду колебаний во внутрицикловых изменениях угла атаки. Особенно важен минимальный угол атаки в той фазе гребковых движений руками, где внутрицикловая скорость движения тела достигает максимума.

Важно! При движении тела с положительным углом атаки помимо сил лобового сопротивления возникают и подъемные силы (рис. 24). Они поднимают бедра к поверхности воды, выравнивают туловище и улучшают обтекаемость тела пловца.

 

Итоги: гипотетически мы все рекордсмены и мастера спорта международного класса, единственно, что нас отделяет от выполнения всех этих достижений – гидродинамическое сопротивление воды((( Умение его  преодолевать максимально эффективно и отличает нас от мировых чемпионов.

 

Практические советы:

1)    Если вы действительно хотите длительно прогрессировать и показывать хорошие результаты - уделяйте больше внимания упражнениям на скольжение и работе на ногах без опоры.

2)    Отрабатывайте старты и в особенности повороты с выходами.

3)    Перед важными для вас соревнованиями можно сбрить усы и бороду, если вы хотите поставить личный рекорд.

 

Что касается бесконечного бассейна – то в нем немного сильно изменяется сопротивление волнообразования. Если в обычном бассейне мы разводим волны путем собственного движения сквозь толщу воды из точки А в точку Б, то бесконечном бассейне мы сопротивляемся встречному потоку. Это дает нам ряд как преимуществ, так и недостатков:

Преимущества: в нем лучше отрабатываются практически все упражнения на ощущения положения тела в воде; в нем быстрее ставится правильная работа ногами; так волнообразования нет можно отлично отработать согласование дыхания и движения руками и много другое.

Недостаток: тренировки в бесконечном бассейне не имеют практического смысла, если вы периодически не тренируетесь в обычном плавательном бассейне. Бесконечный бассейн – отличный инструмент улучшения техники, но абсолютно бессмыслен в отрыве от обычного бассейна. Это как готовится к марафону только на беговой дорожке.

Приходите, тестируйте, мы вас ждем.