Силы сопротивления движению пловца

Плавание, с позиций гидродинами­ки, — это перемещение в жидкой среде за счет опоры о субстанцию, плотность которой в 1000 раз боль­ше плотности воздуха, что опреде­ляет значительно большее при пла­вании сопротивление движению и соответственно меньшую скорость, чем в естественных для человека условиях перемещения в газообраз­ной среде за счет опоры о непод­вижную и твердую субстанцию, как, например, при беге*.

Повышение скорости плавания связано с возрастанием движущей силы за счет более эффективной опоры пловца о воду и уменьшения сопротивления продвижению его тела.

Сила сопротивления воды плов­цам, как и любым движущимся в ней телам, направлена противопо­ложно их движению, а ее величина зависит от формы тела занимаемо­го им пространства и скорости его движения.

Лучшему пониманию характера влияния этих факторов будет спо­собствовать анализ «поведения» по­тока воды при встрече с каким-либо твердым объектом. До такой встре­чи молекулы воды двигаются равно­мерным, плавным, т. е. ламинарным потоком, после нее их движение приобретает вихревой характер. При встрече ламинарного потока с телом пловца движение молекул ис­кривляется и они как бы выталкива­ются в различных направлениях и с

разной скоростью, образуя турбу­лентный поток. Причем хаотично движущиеся молекулы, проникая в соседние ламинарные потоки, стал­киваясь с их молекулами и вызывая искривление их движения, превра­щают в вихреобразные и эти пото­ки. Таким образом турбулентными становятся все новые потоки. «За-вихряющаяся» вода оказывает на тело пловца значительно большее давление впереди него, где потоки более ламинарны и соответствую­щий перепад в давлении существен­но тормозит пловца.

Сопротивление прямо пропор­ционально степени турбулентности. Тело пловца как бы проделывает отверстия в воде, но они заполня­ются постепенно и поэтому лами­нарный поток восстанавливается не сразу. Позади пловца создается своеобразный вакуум, в котором стремительно и хаотично движется часть молекул воды, создавая ее за­вихрения (рис. 1.1), но, поскольку такими завихрениями охвачена от­носительно малая часть молекул во­ды, сопротивление, вызванное этими потоками, незначительно. Зона высокого давления перед пловцом толкает его назад, зона низкого давления позади него тянет его назад. При этом чем сильнее турбулентность, тем больше пло­щадь завихрений и соответственно — сопротивление движению и сни­жение скорости плавания.

Сопротивление формы. Наи­меньшее сопротивление испытыва­ют продольные и суженные, т.е. обтекаемые объекты (рис. 1.2, а). Такая форма объекта изменяет на-

ют. Это сильно увеличивает пло­щадь завихрений и приводит к зна­чительному снижению давления позади объекта. Возникающая при этом разница давления впереди и позади объекта очень снижает ско­рость движения.

правление встречного потока воды постепенно, по мере прохождения объекта. Причем постепенное рас­ширение потока позволяет растал­кивающимся в стороны молекулам в основном не изменять направле­ния движения и при этом «возму­щать» лишь небольшое количество потоков воды, вызывая в целом незначительную турбулентность. Ее снижению за счет уменьшения пло­щади завихрений способствует и суженный конец объекта. При рав­ной площади поперечного сечения обтекаемого объекта, изображен­ный на рис. 1.2, б прямоугольный объект встречается с потоком воды всей площадью. Молекулы воды от­талкиваются от него хаотично, воз­мущая большое количество сосед­них потоков, вызывая значитель­ную турбулентность и соответству­ющее сопротивление. Квадратная задняя часть объекта вызывает дли­тельное разделение потоков воды даже после того, как они его мину-

Этим объясняется, почему объ­екты, хорошо движущиеся в жидкой среде, как впрочем и в газообразной, где действуют аналогичные принци­пы, всегда имеют обтекаемую, су­женную и продольную форму.

Обтекаемая форма тела харак­терна и для пловцов высокого класса.

Сопротивление воды обуслов­лено не только формой движущего­ся в ней объекта, но и занимаемым им пространством. Пространство в свою очередь характеризуется вер­тикальным и горизонтальным ком­понентами. Для вертикального ком­понента характерна разница глуби­ны погружения противоположных концов тела (рис. 1.3). Используя применительно к плаванию брассом и баттерфляем распространенную терминологию, можно сказать: чем меньше пловец «ныряет», тем мень­шее сопротивление он преодолева­ет. Горизонтальный компонент ха­рактеризует амплитуда движений относительно поперечной оси, т.е. в боковых направлениях. При этом чем меньше пловец «виляет» из сто­роны в сторону (рис. 1.4), тем мень­ше площадь потоков воды, направ­ление которых изменяет его тело, и преодолеваемое им сопротивление. Вместе с тем необходимость произ­водить возможно большую движу-

Дата добавления: 2015-11-26