Športno-In-Fitness

Fizični zakoni v plavanju

opredelitev

Z zakoni fizike se poskušajo izboljšati in optimizirati posamezni slogi plavanja. Ti vključujejo statično plovnost, hidrodinamično plovnost in različne načine gibanja v vodi. Uporablja biomehanske principe in fiziko.

statična plovnost

Skoraj vsi uspejo plavati na vodni gladini brez plovnega sredstva. Ta navidezna izguba teže je posledica statične plovnosti.

Če telo na primer potopi v vodo, izpodrine določeno količino vode. Na to telo deluje plovna sila (statična plovnost).

Statični vzgon ustreza teži, ki jo telo izpodrine glede na vodno maso
Statična plovnost je nasprotna sili teže. (navzgor)

Npr. V vodi je mogoče, da se oklepani plavalec zlahka dvigne bistveno šibkejšega človeka. Če del telesa dvignete iz vode, se statična plovnost zmanjša, dviganje pa postane težje.

Globoko vdihavanje poveča volumen pljuč in s tem poveča celoten volumen telesa in statično plovnost.

Na primer, plavajoči plavalec izdihne in se potopi na dno.

Specifična teža (gostota telesa) je odločilna za plovnost telesa v vodi. Večja kot je gostota telesa, bolj se telo potopi v vodi. Športniki s težkimi kostmi in številnimi mišicami imajo večjo gostoto in se bistveno bolj potopijo, zato imajo pri plavanju slabosti. V primerjavi z moškimi imajo ženske več podkožnega maščobnega tkiva in imajo zato večjo statično plovnost in boljši položaj v vodi.

statična plovnost in lega vode

Lega v vodi je ključnega pomena za dolgo in hitro plavanje. Za pravilno stanje vode sta pomembni 2 fizični napadalni točki. Na eni strani je težišče telesa (KSP) in prostornina (VMP). Človeški KSP se nahaja približno na višini popka in je točka uporabe sile navzdol. VMP je točka uporabe za statično plovnost, zaradi voluminoznega prsnega koša pa je približno na višini prsnega koša. V vodi se KSP in VMP preusmerita drug na drugega. Primer: Kuboid (polovica stiropora, pol železa) ne leži na površini vode, ampak kovinska polovica potone, kuboid pa je navpičen, s stiroporjem navzgor.

Podobno kot kuboid, tudi to načelo deluje s človeškim telesom. KSP in VMP se približata drug drugemu, zato se noge potopijo, telo pa je v vodi vse bolj navpično.

Pomembno! Noge, ki visijo pregloboko v vodi, ne ustvarjajo nikakršnega pogona in povečajo vodoodpornost, to je noge proti površini.

Da bi se izognili spuščanju nog, je priporočljivo, da pri plavanju delate z diafragmo / trebušno dihanjem namesto s prsnim dihom, tako da se VMP drži čim bližje KSP, na drugi strani pa, da držite glavo v vodi in roke iztegnete daleč naprej. Posledica tega je premik glave KSP proti VMP.

Zakoni za telesa, ki drsijo v vodi

Telo, ki se giblje v vodi, ustvarja različne zapletene učinke, ki jih je treba razložiti, da lahko razumemo plavanje.

Sile, ki nastanejo v vodi, se delijo na zaviranje in vožnjo.

Skupna odpornost, ki jo človeško telo v vodi deluje, je sestavljena iz treh oblik:

Trena upornost izhaja iz dejstva, da se posamezni delci vode vlečejo na določeni razdalji na koži plavalca (Mejni pretok plasti). To tako imenovano statično trenje se zmanjšuje z naraščanjem oddaljenosti od plavalca. Ta trenja je odporna na površinsko strukturo, zato ljudje v zadnjih letih vse bolj uporabljajo kopalke z nizkim trenjem.

Najpomembnejša odpornost plavanja je odpornost oblike. Tu se vodni delci premikajo proti smeri gibanja / plavanja in imajo zaviralni učinek na plavalca. Odpornost oblike je odvisna od oblike telesa in vodnih turbulenc v budnosti. Glej oblike telesa in pretok.

Zadnji upor pri plavanju je tako imenovani valovni upor. Preprosto rečeno, to pomeni, da je treba s plavanjem in drsanjem vodo dvigniti proti gravitaciji. Pojavijo se valovi. Ta odpornost je odvisna od globine vode, ki jo čedalje več plavalcev izkorišča in dela drsne faze v veliko globlji vodi.

Hidrodinamični dvig

Hidrodinamični dvig je dobro viden s krila letala. Narava krila letala je zasnovana tako, da zrak, ki teče okoli njega, pokriva razdalje različnih dolžin na straneh krila. Ker se zračni delci spet sesujejo za krilo, mora biti tok okoli krila z različno hitrostjo. Namreč: hitreje na vrhu in počasneje na dnu. Tako nastane dinamični pritisk pod krilom in sesalni tlak nad krilom. Torej epizoda vzame letalo.

Enako se dogaja s plavalcem v vodi, vendar ne tako popolno.

Ta dvig ponazarja naslednji primer. Če ležiš ravno v vodi, noge relativno hitro potonejo.Če pa vas partner neprestano vleče skozi vodo, hidrodinamična plovnost povzroči, da se vaše noge držijo na površini vode.

Smer delovanja v plavanju je razdeljena na naslednji način:

odpornost: Proti plavalni smeri

Hidrodinamični dvig: Pravokotno na smer plavanja

Vožnja: V plavalni smeri

Oblike in pretok telesa

Pri odpornosti v vodi najpomembnejšo vlogo ne ima frontalno območje telesa, kot smo prej predvidevali, ampak razmerje čelne površine in dolžine telesa.

To lahko ponazorimo z naslednjim primerom.

Če skozi vodo povlečete ploščo in valj z istim obrazom, je vodni upor pred telesom enak, toda turbulenca v valovanju je bistveno drugačna.

Izraz čela odpornost torej ni povsem pravilen, saj turbulenca pri budnosti telo močneje upočasni.

Po zadnjih ugotovitvah imajo vretenaste strukture pingvinov najmanj turbulenc v budnosti. Ribe s temi oblikami telesa spadajo med najhitrejše plavalce.

Primer povratnega toka:

Oseba, ki hodi skozi vodo, zaradi posledičnega sesalnega učinka potegne partnerja, ki je prikovan na površino vode za seboj.

Pogon v vodi

Pogon v vodi lahko pride skozi Sprememba oblike telesa (gibanje plavuti v ribah) ali Konstrukcije, ki ustvarjajo pogon (Propeler). V obeh metodah se voda sproži in tako deluje nazaj na plavajoče telo. Vzajemna reakcija se imenuje abutment.

Tri načela za premikanje v vodi so podrobneje razložena spodaj.

1. Načelo lopatice pod tlakom:
Npr. Račje noge: Tu se stopala rac premikajo pravokotno na smer gibanja (nazaj). Na hrbtu je negativen pritisk (mrtva voda), ki upočasni plavajoče telo. Potrebno je veliko energije in pogon je nizek.

2. Odsevno načelo:

Npr. Hobotnica: Lignje zbirajo vodo v svojem telesu in jo odtekajo po ozkem kanalu. To ustvarja nagon na karoseriji

3. Načelo sproščanja:

Npr. delfin: Za vsakim telesom se v budnosti pojavljajo vrtljive mase vode. V večini primerov pa so te vrteče se vodne mase neurejene in imajo zavorni učinek. Z delfini se vodne mase uredijo s telesnim valom in so zato lahko koristne za pogon. Te urejene mase vode imenujemo vrtinec. Pri plavanju pa je zelo težko s premikanjem telesa vodne mase postaviti v pravilno vrtenje. V razponu zmogljivosti pa omogoča zelo visoke plavalne hitrosti.

Pojmi koncepti

Konvencionalni pogonski koncept:

Z običajnim konceptom pogona se karoserijski deli, ki se uporabljajo za vožnjo, premikajo po ravni črti in v nasprotni smeri proti plavalni smeri (actio = reakctio). Velike vodne mase se premikajo z naraščajočo hitrostjo, vendar z majhnim pogonom (ločilni parniki).

Koncept klasičnega pogona:

Pogon s pomočjo hidrodinamične plovnosti (v primerjavi z ladijskim propelerjem).

Vendar je ta koncept pogojev sporen, ker propeler vedno prejema vodo z iste strani, dlani pa ne, ko plavata. Poleg tega ta pogon deluje le po določeni dolžini teka, toda poteg roke pri plavanju je le 0,6-0,8 m.

Koncept Vortex pogona: (trenutno uporabljani model)

Vrtljive množice vode zaradi stopal in rok so v zadnjih letih postale vse bolj pomembne kot proizvajalec naslona.

Vortex nastane, ko se mase vode premaknejo iz zastoja v sesalno območje. V primerjavi z valjanjem preproge se poskuša namestiti veliko vode v majhnem prostoru. Vrtinec se pojavi za stopali kot oblika valja, za rokami pa kot oblika pletenice.