III. 2. 2. Гидродинамика

Величина сопротивления, которое оказывает жидкость продвиже­нию погруженного в нее тела, зависит от вязкости и плотности этой жидкости, от величины лобового сечения тела, от формы тела, i падкости его поверхности и от скорости продвижения. Эту зависи- мость приблизительно можно выразить формулой: F=K S V²/2 C, где

F — величина сопротивления воды; К — коэффициент плотности и

вязкости жидкости; S — лобовое сечение тела; V — скорость движе­ния тела; С — коэффициент обтекаемости, зависящий от формы тела и и гладкости его поверхности.

Пользуясь данной формулой, следует иметь в виду, что коэффициент К, котррый для воды может несколько изменяться в заисимости от количества различных примесей, растворенных в воде,

при анализе техники плавания можно условно принять за постоянную величину. Кроме того, квадратичная зависимость сопротивления от

скоорости продвижения тела установлена для твердых тел с жесткой поверхностью, форма которой.не изменяется под давлением воды. Тело

человека имеет эластичную поверхность, форма которой может

несколько изменяться под давлением встречных потоков воды. Потому в приведенной выше формуле скорость (V) следовало бы возводить не в степень 2, а в степень 1,7—1,8. Однако для упрощения ра­счетов можно исходить и из квадратичной зависимости.

Рассмотрим раздельно влияние каждого из факторов, определяю-

45

щих величину гидродинамического сопротивления. При этом будем ис­ходить из того, что влияние всех остальных факторов не изменяется Лобовое сечение тела. Лобовым, или мидельным, сечением вызывается проекция тела на плоскость, перпендикулярную направлению его движения. Кроме шара, все тела могут иметь различное лобовое (миделево) сечение, что зависит от их положения по отношению и направлению движения. В зависимости от положения тела пловца в воде площадь поперечного сечения тела (мидель) может быть меньше (рис. 3, А) или больше (рис. 3, Б).

Сопротивление воды изменяется прямо пропорционально измене- нию величины лобового сечения тела. Если лобовое сечение увеличива-ется вдвое, то и сопротивление возрастает в 2 раза; если сечение увели чится в 5 раз, то сопротивление также возрастет в 5 раз, и т. д.

Из сказанного следует, что рабочие движения руками и ногами необходимо выполнять так, чтобы во время гребков, особенно в тех фазах этих движений, когда они направлены в основном спереди назад; лобовое сечение гребущих поверхностей конечностей было по возмож- ности наибольшим. Во время подготовительных движений лобовое сечение конечностей должно быть минимальным.

Тело пловца должно быть расположено так, чтобы оно имело минимальное лобовое сечение. Такое сечение оно будет иметь в том случае, когда продольная ось тела и направление продвижения пловц будут совпадать.

С точки зрения уменьшения сопротивления воды пловцу лучше всего располагаться строго горизонтально, головой вперед. Однако npи горизонтальном его положении у поверхности воды усложняется техника дыхания и снижается эффективность движений ногами. Поэтому положение, при котором направление продвижения пловца и продольная ось его тела точно совпадают, целесообразно только npи нырянии. При плавании у поверхности воды тело лучше располагать под небольшим углом атаки — так, чтобы плечевой пояс находился немного выше таза. При этом улучшаются условия для дыхания и, кроме того, встречные потоки воды, омывающие тело, создают дополнительную подъемную силу.

Оптимальный угол атаки определяется с учетом скорости продвижения пловца, способа плавания и индивидуальных особенностей (как правило, с увеличением скорости угол атаки уменьшается). При плавании кролем на груди угол атаки должен удерживаться в пределах от 2 до 8°, а при плавании кролем на спине — от 6 до 12°. При плавании брассом и баттерфляем угол атаки не остается постоянным. Он изменяется в различных фазах на протяжении каждого цикла движений. В брассе в момент окончания гребка руками угол атаки может

46

возрастать до 13—18°, уменьшаясь почти до 0° к концу гребка ногами. В баттерфляе наибольший угол атаки (до 15—20°) отмечается в момент вынимания рук из воды, а наименьший — после погружения их в воду.

Скорость продвижения тела. Сопротивление воды изменяется пропорционально квадрату изменения скорости движения погруженно­го в нее тела.

При движении в воде твердых тел с эластичной поверхностью ква-дратическая зависимость, как отмечалось выше, не выдерживается полностью, скорость возводится не во вторую степень, а в степень 1,7—1,8. Это значит, что при увеличении скорости продвижения пловца в 2 раза сопротивление воды возрастает почти в 3,5 раза, а при увеличении скорости в 3 раза сопротивление возрастает более чем в 7 раз.

Значит, резкое повышение скорости, влечет за собой возникновение дополнительного сопротивления, а это, в свою очередь, приводит к дополнительной затрате энергии. Поэтому всю дистанцию целесо­образно проплыть с равномерной скоростью.

Показатели средней скорости на самом деле будут только приближенными к истинным показателям. Они могут изменяться, как было рассмотрено выше, даже в одном цикле движений в зависимости от изменения силы тяги. Чтобы получить более точное представление о скорости, с которой движется пловец, надо иметь данные о скорости в очень короткие промежутки времени. Такая скорость называется мгновенной, или истинной, скоростью. Измерив мгновенную скорость в различных фазах одного цикла движений, можно установить макси­мальную и минимальную скорости плавания.

Большие внутрицикловые колебания мгновенной скорости приводят к возникновению дополнительного сопротивления, а следовательно, и к затрате дополнительной энергии на преодоление этого сопротивления.

Величина колебаний мгновенной скорости во многом зависит от способов и техники плавания. Например, в тех способах плавания, где рабочие, и подготовительные движения конечностями производятся одновременно (брасе и баттерфляй), перепад мгновенных скоростей будет гораздо значительнее, чем в способах плавания, где эти движения совершаются последовательно и параллельно (кроль на груди и на спине).

Уменьшить перепад мгновенных скоростей в каждом цикле при прохождении дистанции — одна из важнейших задач, стоящих перед пловцом. Это достигается путем подбора наиболее рационального варианта техники и правильной ее постановки с учетом индивидуальных особенностей пловца, подбора оптимального соотношения рабочих и подготовительных движений в одном цикле, т. е. при нахождении оптимального ритма и темпа движений.

Но скорость продвижения на дистанции зависит не только от темпа и ритма движений, а и от эффективности рабочих движений, т. е. от величины «шага» — расстояния, проплываемого за один полный цикл движений. Эффективность же рабочих движений достигается за счет рациональной техники выполнения гребковых движений.

Чтобы преодолеть сопротивление воды и создать поступательное

47

движение, пловец должен имен, опору. Она будет тем лучше, чем больше будет сопротивление воды, а это, в свою очередь, зависит от скорости движения конечности.

Окончив рабочие движения, пловец выполняет подготовительные движения. Для уменьшения сопротивления при этих движениях (в особенности в брассе) их выполняют несколько медленнее рабочих, а конечностям при этом придается оптимально обтекаемая форма, так как уменьшается их лобовое сечение. Однако это не значит, что подготовительные движения следует выполнять очень медленно. Чем продолжительнее пауза в отсутствие тяги, тем больше снижается поступательная скорость продвижения тела, тем больше перепад мгновенных скоростей в цикле движений. Необходимо стремиться к тому, чтобы свести до минимума лобовое сечение конечностей и, несколько замедлив скорость движения их до исходного положения для начала рабочего движения, все же затратить на это как можно меньше времени.

Итак, для того чтобы добиться как можно более высокой скорости продвижения пловца в воде, важно учитывать такие компоненты, как темп, ритм, «шаг». Между всеми этими показателями существует определенная зависимость, которая выражается в следующем: с увели­чением длины дистанции скорость плавания снижается, уменьшается и частота движений, т. е. темп движений. «Шаг» становится больше, но при этом ритм движений должен оставаться неизменным, хотя продолжительность цикла и будет несколько большей.

Высокий темп и длина «шага» — характерные признаки спортивно­го мастерства. Однако это не значит, что все стремления должны быть направлены на увеличение темпа. Это должно быть в рамках разумных возможностей и эффективности двигательных действий и во многом зависит от индивидуальных качеств спортсмена.

Форма и характер поверхности тела. Наиболее обтекаемой является каплевидная форма. Именно эту форму тела имеют многие рыбы, которые в воде развивают большую скорость. Если условно принять величину сопротивления такого тела в воде за единицу, то окажется, что тела другой формы, имеющие одинаковое с ними миделево сечение и двигающиеся с такой же скоростью, будут испытывать в несколько раз большее сопротивление. Объясняется это тем, что при каплевидной форме тела струи воды не отрываются от его поверхности; тело как бы расталкивает жидкость передней частью, вследствие чего струи обтекают его, а затем соединяются сзади, не тормозя продвижения вперед.

Особенности строения тела человека таковы, что ему Можно придать различную форму. Наиболее обтекаемой будет такая форма, как при входе в воду после стартового прыжка, а также после толчка при выполнении поворота: руки вытянуты вперед и соединены, голова расположена между ними, ноги выпрямлены и соединены.

Достаточно поднять голову кверху, чтобы увеличить сопротивление воды на 15—22%. Опускание головы вниз, прогибание туловища в пояснице, неполное выпрямление ног и т. п. ухудшают обтекаемость тела и затормаживают продвижение пловца вперед.

48

Учитывать влияние формы тела на величину сопротивления воды нужно и при выполнении рабочих и подготовительных движений конечности. Например, выполнение гребка кистью с расставленными пальцами несколько уменьшает сопротивление воды. Объясняется это тем, что кисть, в которой пальцы соединены, испытывает сопротивле­ние, как плоская пластина, а при расставленных пальцах каждый из них обтекается, как цилиндр. Наибольшее сопротивление испытывает конечность, когда ладонь имеет форму лодочки (все пальцы соединены прут с другом, большой палец слегка прижат сбоку). Такая форма ладо­ни при выполнении рабочего движения обеспечивает хорошую опору и способствует повышению скорости плавания.

При выполнении подготовительных движений в воде конечностям следует придавать форму, которая до минимума уменьшала бы встречное сопротивление. При плавании способом брасс это достига­ется тем, что кисти посылаются вперед пальцами.

При движении тела в момент соприкосновения его со средой возни­кает сила трения. Эта сила направлена против движения, если тело движется быстрее среды. Величина трения зависит от поверхности оприкасающихся тел: чем более гладкой будет поверхность, тем меньшим будет трение.

При движении тела в воде ее молекулы, находящиеся вблизи тела, как бы прилипают к нему и начинают двигаться вместе с ним. Слой воды, движущийся вместе с телом, носит название пограничного Сопротивление, создаваемое пограничным слоем, называется внешним сопротивлением. Пограничный слой воды в силу сцепления и трения между молекулами увлекает за собой молекулы воды из последующих слоев, придавая им некоторое поступательное движение. Таким образом, вокруг пловца образуется довольно значительная зона шшжущейся вместе с ним воды, причем скорость движения слоев по мере удаления от тела уменьшается.

Опыт показывает, что чем более шероховата поверхность движущегося тела, тем больший пограничный слой воды и тем большее сопротивление пловец должен преодолеть. В связи с этим приобретает определенное значение спортивный костюм пловца. Костюмы из толстого шероховатого материала увеличивают сопротивление, а костюмы из тонкого гладкого материала создают меньшее сопротивле­ние.

Трение воды о кожу относительно невелико. Для его уменьшения не­которые пловцы снимают волосяной покров. Это имеет практическое значение о том случае, если волосяной покров довольно густой и занимает значительную площадь. С величиной этого трения также приходится считаться при плавании в узких и мелких бассейнах. В них плавать тяжелее, чем в бассейнах с глубиной, превышающей 2 м. Объясняется это тем, что слои воды, увлекаемые пловцом, соприкасающегося с дном или бортиком бассейна, теряют свою скорость и, предавая это торможение последующим слоям, находящимся вблизи и пловца, в конечном итоге препятствуют продвижению.

Сопротивление волнообразования. При движении пловца по поверхности воды создаются различные по величине и направлению

49

волны. Передняя часть тела образует поперечные (перпендикулярные движению пловца) волны и расходящиеся. Последние расходятся по обеим сторонам тела (обычно под углом 15—20°), представляя собой параллельные гребни в лестничном порядке (уступом друг к другу). Подобные, но несколько меньшие волны образуются также у ног пловца, и расходятся они в стороны под углом 25—35° по отношению продольной оси тела. Кроме того, от движения конечностей возникают волны, которые расходятся в различных направлениях: вниз, вперед вверх, назад и в других. При одновременном плавании нескольких спортсменов образуются волны различной величины и разного на правления, которые к тому же отражаются стенками бассейна.

Пловец вынужден затрачивать часть энергии на преодоление волн тормозящих продвижение тела вперед. Кроме того, тело пловца располагается под некоторым углом атаки. Это тоже приводит увеличению сопротивления воды, к значительному волнообразованию. Степень волнообразования, высота и направление волн завися также от различных способов плавания, от степени овладения пловцом техникой, от уровня воды до сливных желобов, расположенных по продольным сторонам бассейна, наличия делительных дорожек, от способов их крепления и т. д. Кроме того, на поверхности воды действуют силы сцепления между молекулами воды — силы поверхно стного натяжения, которые пловцу также надо преодолеть.

Пловец вынужден тратить значительную часть энергии на преодоление сопротивления, возникающего в результате волнообразо- вания. Поскольку величина волны, ее количество и направление зависят от того, как выполняются движения конечностями, с какой скоростью пловец движется и как располагает свое тело в воде, соблюдение ряда требований и условий поможет ему уменьшить величину волнообразо-| вания, а значит, и величину сопротивления, влияющего на скорость.

Из сказанного вытекает следующее: с целью уменьшения сопротивления пловец должен стремиться к устранению причин, вызывающих большое волнообразование.