55.Подъемная сила: определение; факторы, обеспечивающие ее возникновение, значение в технике спортивного плавания.

Плавание. >Подъемная сила и сила тяги Рассмотрим вопрос о возникновении подъемной силы и силы тяги при поступательном движении. Возьмем пластинку (рис. 4), которая имеет незначительную толщину (h->0), и поместим ее

в воду под некоторым углом (а), который носит название угла "атаки". В центре тяжести тела (О) приложим внешнюю силу тяги - Fтяги, которая будет передвигать тело в воде с постоянной поступательной скоростью. Движение тела вызовет возникновение гидродинамического сопротивления (R), направленного в противоположную сторону движения тела. Первоначально разложим силу R на два направления: ось тела (ОК) и линию, перпендикулярную оси (ОМ).

Получилось две силы: сила трения - F_tp и сила нормального давления Rj, которая состоит из вихревого и волнового сопротивлений. При дальнейшем разложении силы Rj на горизонтальное и вертикальное направление получим две силы: горизонтальную силу давления Fx и вертикальную силу давления Fy, которая и будет подъемной силой.

Итак, при поступательном движении пластинки в воде под некоторым углом "атаки", не равным нулю, на нее действует лишь одна положительная сила - подъемная.

Рассмотрим, как изменяются силы Rj, Fx, Fy и F_Tp при различных значениях угла а.

1. Если угол а равен нулю, то Rj = 0. Следовательно, Fx=0 и Fy=0, а сила F_TP=R. В этом случае отсутствует вихревое и волновое сопротивление.

2. Если угол а равен 45°, то Rj = F_Tp=0,7R. Силы Fx=Fy= R/2

В этом случае наблюдается действие всех видов сопротивления: общее сопротивление значительно превышает его величину при угле а=0.

3. Если угол а равен 90°, то Rj=R, но так как Fy=0, то FX=R. В этом случае действует сила горизонтального давления, есть вихри и волны, а общее сопротивление является наибольшим.

Сопоставляя все три варианта положения пластинки, можно сделать вывод о том, что наилучшее положение ее при движении в воде будет такое, при котором она приближается к горизонтальному положению (угол а=3-5°), так как в этом случае будут действовать необходимая поддерживающая гидродинамическая сила, малая сила горизонтального давления и почти максимальная сила трения.

Теперь представим себе, что вместо пластинки в воде с помощью внешней силы тяги F_тяги с равномерной скоростью движется человек. Тогда при горизонтальном положении на него, кроме силы трения, будет действовать отрицательная сила горизонтального давления Fx, которая возникает в связи с наличием у человека миделева сечения.

Теоретически горизонтальное положение пловца в воде будет наилучшим, так как сопротивление будет наименьшим, а плавучесть обеспечивается действием гидростатической подъемной силы. Однако в связи с наличием миделева сечения и наклоном нижней поверхности тела положение пловца в воде определяется положительными (а в отдельных случаях и отрицательными) углами "атаки", которые колеблются в пределах от 0 до 12° и обеспечивают постоянное действие гидродинамической подъемной силы.