2.3.Волновое сопротивление.

Волна представляет собой процесс колебания водных масс.Энергия волны равна расходу кинетической энергии на ее образование, отнесенную на единицу пути ее движения. Интенсивность возбужденных телом колебаний уровня воды и характер волн, прежде всего, зависят от контуров тела и его скорости движения. Если тело движется около бортов или над мелким местом,то на волнообразование может влиять и наложение отраженных волн. Волнообразование представляет собой сложный процесс, физическое объяснение которого обычно дается в виде описания наблюдаемой картины волн.

В жидкостях возникают гравитационные,капиллярные и упругие волны. Гравитационные волны возникают вследствие того,что внешние силы нарушают поверхность жидкости и порождают колебания ее частиц около вертикали. К гравитационным относят волны ,вызываемые движением тела в жидкости, ветром, водоразделом пресной и соленой воды и приливами, создаваемыми Солнцем и Луной.Капиллярные волны вызываются действием сил поверхностного натяжения.Они имеют вид ряби, вызываются ветром или движением тел и развиваются под действием капиллярных сил.Упругие волны охватывают всю массу жидкости и их появление связано со свойством несжимаемости жидкости.Упругие волны образуются при подводных и надводных взрывах.

При плавании значительное количество энергии расходуется на образование гравитационных волн.Гравитационные волны бывают прогрессивные и стоячие.У стоячих,в отличие от прогрессивных, профиль не пермещается.Ветровые волны, а также волны, вызванные движением тел в жидкости или действием внезапно приложенного к поверхности жидкости импульса давления,называются вынужденными.

Свободные волны-- это волны, которые остаются в жидкости после того, как причина, из вызвавшая, перестала действовать(например,прохождение судна). У ветровых волн наветренный склон более пологий, а подветренный более крутой.

Предельная высота гравитационных волн до 30 метров,длина до 400 метров.Ветровые волны при одиннадцатибалльном шторме могут иметь скорость дл 27 м/с, высоту 14,5 метров и длину 38 метров.При переходе на мелководный участок происходит трансформация профиля волны, возникают буруны,а у побережья --волны прибоя.

Как уже было сказано, при движении тела пловца, возникают гравитационные волны.По форме они бывают косыми или расходящимися,поперечными и круговыми.

2.3.1.Косые волны.

Косые волны возникают у передней части тела пловца.Они расходятся по отношению к продольной оси тела под углом от 20 до 40".

2.3.2.Поперечные волны зарождаются у линии плеч и головы.Следующая волна поднимается за тазом, а при скорости тела 2 м/с -- в районе стоп.При этом впадина между первой и второй волной располагается у поясницы.

2.3.3.Круговые волны.

Круговые волны возникают главным образом при падении на воду брызг от движений пловца и при ударах об воду.

Сопротивление волнообразования зависит от скорости движения тела пловца, его удельного веса и техники движений.Доля волнового сопротивления составляет около 10%.

3.Сила сопротивления движению тел в воде.

В гидромеханике принято делит тела,движущиеся в воде на удобообтекаемые и плохообтекаемые.Удобообтекаемые тела обладают большими радиусами своей поверхности, и при движении в воде в пограничном слое у них перемещение жидкости близко к ламинарному. У плохообтекаемых тел их поверхность имеет малые радиусы.У таких тел при движении в воде наблюдаются отрывы пограничного слоя от поверхности тела в связи с неудовлетворительной формой их обводов, при этом возникают вихревые потоки в пограничном слое и следовые движения воды в пограничном потоке.

Тело человека в связи с имеющимися у него криволинейными поверхностями с небольшими радиусами и непрямолинейными поверхностями относится,с точки зрения гидромеханики, к плохообтекаемым объектам. На это указывает большое количество возникающих при движении турбулентных потоков и вихревых движений воды.

Общая сила сопротивления движению тела в воде равна сумме всех видов сопротивления и является результатом потери телом кинетической энергии на единицу пути движения. Точный теоретический расчет полного сопротивления является чрезвычайно сложным и громоздким, а число различных переменных величин и математических уравнений настолько велико,что сам рассчет оказывается неоправданным.Потому для рассчета полного сопротивления используются физические исследования в опытных бассейнах.

4.Вывод.

4.1.Зависимость сопротивления вода от формы тела.

Величина сопротивления воды зависит и от формы тела. Тела, имеющие одинаковую площадь проекции на вертикальную плоскость, при одной и той же скорости движения могут испытывать различное сопротивление, если форма их неодинаковая. Изменение формы тела может вызвать резкое изменение величины сопротивления.

Так при движении конусообразного тела вершиной вперед сопротивление оказывается большим, чем при движении этого тела вершиной назад, основанием вперед.Этот, на первый взгляд, непонятный факт объясняется тем, что основные явления, вызывающие торможение, возникают не у переднего, а у заднего края предмета.При движении тела вперед за ним должно было бы образоваться пустое, безвоздушное пространство (как при движении поршня внутри цилиндра), В это пространство устремляется вода. Если бы частички воды не испытывали взаимного притяжения и трения, она заполняла бы это пространство мгновенно и продолжала оказывать давление на задний срез тела.Однако частицы воды испытывают взаимное трение и притяжение. Поэтому, хотя они и заполняют освободившееся пространство с такой быстротой, что при небольших скоростях движения вода продолжает прилегать к задней поверхности тела, но давление воды на эту часть тела в той или иной степени ослабевает. Спереди же тело испытывает и давление, которое возникает вследствие веса жидкости, и сопротивление, оказываемое жидкостью вследствие движения тела. Этот процесс сопровождается образованием у задней кромки тела завихрений жидкости. По величине и интенсивности этих завихрении можно судить о силе возникающего сопротивления. Если задняя поверхность тела имеет обтекаемую форму, то при перемещении его в воде процесс заполнения свободного пространства протекает не так резко. Давление воды на это тело, направленное сзади вперед (по отношению к направлению движения), ослабевает в меньшей степени.

Кроме сопротивления, вызываемого описанными явлениями, тело испытывает сопротивление, появляющееся вследствие трения между частицами воды, расталкиваемыми его передней частью. Поэтому наиболее обтекаемой будет сигарообразная или рыбоподобная форма тела.

Человек может придать своему телу довольно обтекаемую форму. Наиболее обтекаемым тело бывает при положении, которое принимает спортсмен для входа в воду после прыжка с вышки или после толчка о поворотный щит. Для того, чтобы уметь находить положения, когда вода будет оказывать наименьшее сопротивление, полезно упражняться в скольжении после толчка от бортика бассейна или от берега.