Сопротивление при движении в воде

Изучение механики движений в жидкой среде является сложным вопросом, который включает в себя концепции, требующие понимания их сущности.Различают три вида сопротивления воды:

1. фронтальное, или лобовое, сопротивление,
2. трение кожного покрова и
3. «хвостовое втягивание» или дополнительное (вихревое*) сопротивление.

Фронтальное сопротивление

Фронтальное сопротивление создается водой непосредственно впереди или в любой части тела. На рис. 1 оно изображено стрелами. При анализе техники плавания этот вид сопротивления очень важен.

Трение кожного покрова

Трение кожного покрова, вызванное сопротивлением воды, находящейся непосредственно у тела, изображено на рис. 2 пунктирной линией. Этот вид сопротивления особенно важен для самолетов, лодок и других объектов, передвигающихся с высокой скоростью. В спортивном плавании оно менее значимо. Еще и по сей день у пловцов бытует мнение, что надо брить волосы на ногах, руках и теле, так как они заметно увеличивают сопротивление.Однако нет достаточных доказательств, подтверждающих эту теорию. В основном спортсмены бреют волосы только на руках и ногах. Возможно, это увеличивает их чувствительность и способствует улучшению координации движений. Но скорее всего любое увеличение скорости — это результат тренировки и самовнушенияо пользе бритья.

Дополнительное сопротивление

Дополнительное сопротивление, или «хвостовое втягивание», образуется с помощью воды, которая не может заполнить пространство позади плохо обтекаемых частей тела, и пловцу приходится тащить за собой некоторое количество воды. Это сопротивление показано на рисунке завитками. Его очень важно учитывать при конструировании лодок, автомобилей и самолетов.

Форму любого аппарата можно изменить, но, для того чтобы сделать то же с телом пловца, необходимо следить за диетой спортсмена и его физическим развитием. Кроме того, в воде можно изменять положение тела, улучшая обтекаемость, и тем самым уменьшать сопротивление, особенно фронтальное и дополнительное.

На рис. 3 показаны различные положения тела, при которых сопротивление достигает самых больших и малых величин. Большое сопротивление образуется также при плохо обтекаемом в горизонтальной плоскости положении тела. Например, если ноги выполняют движения с чрезмерным сгибанием в коленях, лобовое и дополнительные сопротивления увеличиваются, а скорость движения пловца падает.

Силы продвигающие пловца вперед

Силы, продвигающие пловца вперед, образуются при помощи движений рук, а иногда и ног, но главным образом за счет захвата воды кистями и отталкивания ее назад стопами.

При анализе техники всех способов плавания мы будем часто 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 (рис. 4).

Например, когда спортсмен бежит вперед, его усилия при отталкивании направлены назад и вниз, а противодействующая сила — вперед и вверх.То же происходит и во время плавания (рис. 5). Если спортсмен отталкивается назад кистями с силой 11,4 кг, а стопами 2,3 кг, то суммарная сила, продвигающая пловца, равна 13,7 кг 

Обратите внимание, что сила, создаваемая при движениях ногами, равна всего лишь 2,3 кг. Спрашивается: какова же роль движений ног при плавании кролем на груди и на спине? Известно, что человек плывет быстрее, когда полностью использует движения рук и ног. Является ли это результатом того, что движения ног: 1) увеличивают продвижение, 2) уменьшают сопротивление или 3) эти два фактора воздействуют вместе? Исследования автора показали, что при плавании с большой скоростью продвижение создается только за счет движений рук.

Ньютон определил, что каждое действие имеет равное по силе и противоположное по направлению противодействие. Другими словами, реакция направлена в точно противоположную сторону или под углом 180°. Если пловец выталкивает воду непосредственно вниз, то силы противодействия выталкивают его прямо вверх.

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 большей скоростью продвижения. Многие поднимают голову, пытаясь принять высокое положение в воде. Однако при этом поднимается только верхняя часть тела, а нижняя погружается так, как показано на рис. 3. Движения рук и ног становятся менее эффективными; пловцу приходится затрачивать сравнительно большую часть усилий на то, чтобы преодолеть увеличившееся сопротивление и удержать приподнятую над водой голову.

По мере нарастания скорости продвижения сопротивление воды возрастает только под пловцом, а не над ним. Подобно крылу самолета его тело приподнимается в воде. Этот принцип особенно наглядно подтверждается во время наблюдения за спортсменом, катающимся на водных лыжах. Скорость движения лодки, которая тащит лыжника, очень большая, и он поднимается вверх до тех пор, пока лыжи не начинают скользить буквально по самой поверхности поды. При сравнительно низких скоростях, характерных для пла-нающих людей, спортсмен должен передвигаться в воде, а не над водой или на ее поверхности.

Многие считают, что для наименьшего сопротивления пловцу необходимо принять в воде высокое положение тела. Однако он может погрузить его слишком глубоко, выталкивая кистями воду вверх. Он может также опустить голову глубоко в воду, вызывая более низкое положение тела и большее сопротивление.

На рис. 6 показано, как создаваемая кистью сила стремится вытолкнуть пловца вверх (она действует в направлении, обратном силе тяжести). Гораздо лучше, если сила кисти будет направлена назад так, чтобы ее почти полностью можно было использовать для продвижения вперед.

Гребок

Существует три варианта гребка рукой с разновидностями, используемыми при плавании кролем или баттерфляем. От эффективности гребка зависит скорость продвижения пловца. Различают:

• гребок с опущенным локтем,
• гребок прямой рукой
• правильный гребок.

1.Худшим считается гребок с опущенным локтем. Он недостаточно продвигает пловца вперед, так как проталкивает назад слишком мало воды. Так обычно плавают начинающие. Рекомендуется обращать внимание новичков на то, чтобы они не сгибали локоть. Когда пловец научится не опускать локоть, гребок исправляют на правильный.

2. Гребок прямой рукой более эффективен, чем с опущенным локтем (рис. 7).

3. Наилучшим гребком будет тот, который сведет до минимума составляющие гребка прямой рукой, направленные вверх и вниз.

Такой гребок показан на рис. 7. Движение начинается, как и при гребке прямой рукой, но локоть находится выше. Во время гребка пи сгибается, а к концу почти выпрямляется. Гребок рукой будет подробно проанализирован в следующей главе.