Основы гидростатики и гидродинамики в плавании

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1. Введение………………………………………………………………3
2. Гидростатика…………………………………….…………………………3
3. Гидродинамика…………………………………………………........7
1. Сопротивление вихреобразования. …………………………12
2. Активное сопротивление …………………………………...14
3. Гидродинамическая подъемная сила………………………...16
4. Движущие силы………….…………………………………….17
5. Дополнительные движущие силы……………………………17 
4. Заключение……………………………………………………………20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Все существующие способы плавания можно разделить  на две группы — правильные и неправильные.

К правильным способам плавания относятся спортивные способы  кроль, брасс, баттерфляй, способ на боку и те разновидности прикладного  плавания, которые построены на основе техники плавания спортивными способами. К неправильным способам можно отнести все остальные.

Чем же отличаются правильные способы плавания от неправильных?

Правильным  способом плавания называется такой  способ, который построен с учетом анатомических особенностей человеческого  тела, такой способ, форма движений которого позволяет полностью использовать силу наиболее крупных мышц конечностей для продвижения вперед.

Второе отличие  техники плавания правильными способами  заключается в том, что она  не нарушает нормальной работы всех систем и органов человеческого тела и построена с учетом физиологических особенностей человеческого организма.

При плавании человек  лишен возможности продвигаться вперед, отталкиваясь от твердой опоры (земля, пол и т. п.). Он вынужден опираться  о воду, отталкиваться от нее, использовать сопротивление, которое оказывает вода движущемуся телу. Однако это же свойство воды — оказывать сопротивление — тормозит продвижение пловца вперед, затрудняет, связывает его движения. Для того, чтобы уметь наиболее выгодно использовать сопротивление воды для продвижения в нужном направлении, надо знать некоторые законы гидростатики и гидродинамики. Третьей отличительной чертой техники плавания правильными способами является то, что она построена в соответствии с этими законами.

Гидростатика

Знакомство  с гидромеханикой естественно начать с ее наиболее простой части — гидростатики.

Рассмотрим  частный конкретный случай: тело находится  в воде неподвижно, при этом на него действуют силы тяжести и силы гидростатического давления.

Силы тяжести  направлены вертикально вниз, силы гидростатического давления — перпендикулярно к поверхности во всех ее точках. Сила тяжести постоянна по величине, приложена к точке, называемой «общий центр тяжести» (ОЦТ), расположенной, как правило, в пределах объема тела и, поскольку сила — векторная величина, есть направление вектора — вертикально вниз (рис. 3).

Разность гидростатического  давления на верхнюю и нижнюю части  тела обусловливает действие выталкивающей  силы. Равнодействующая всех сил гидростатического давления приложена к точке, называемой «общий центр давления» (ОЦД). Вектор силы направлен вертикально вверх. В количественном отношении она равна весу вытесненной жидкости. Это находит свое отражение в известном законе Архимеда.

Таким образом, возникает ситуация, когда две  силы действуют одновременно и противоположно направлены (см. рис. 3). Если предположить, что силы действуют в одной вертикальной плоскости, то возникает три разных следствия: а) сила тяжести превалирует над выталкивающей силой; б) одна сила уравновешивает другую; в) наоборот, выталкивающая сила превалирует над силой тяжести. Соответственно, тело либо тонет, либо всплывает, либо находится во взвешенном состоянии; в этом случае плавучесть можно характеризовать как отрицательную, нейтральную или положительную.

Равновесие  может быть устойчивым и неустойчивым.

Неустойчивым  положение будет тогда, когда  ОЦТ окажется 
расположенным выше ОЦД. Силы приложены к разным точкам и действуют в разных вертикальных плоскостях, при этом возникает момент вращения. Он будет продолжаться до тех пор, пока силы не будут действовать в одной вертикальной плоскости.

 

Рис. 3. Действие сил в воде на неподвижное тело

 

Как выглядит картина  относительно горизонтально расположенного человеческого тела?

На рис. 3 видно, что ОЦТ расположен в области  тазобедренных суставов, а ОЦД — выше по позвоночному столбу (ближе к голове). Расстояние между этими точками — 8—10 см. У женщин оно меньше, чем у мужчин.

Чем меньше расстояние между ОЦТ и ОЦД, тем выше горизонтальная устойчивость в воде (плавучесть).

Можно ли сблизить эти точки? Можно. Для этого необходимо выполнить сгибание в тазобедренных и коленных суставах (подтянуть колени). Конечно же, это благоприятно для паузы, для отдыха, но не для движения.

Для того чтобы  при движении тело пловца сохраняло  положение горизонтальной плавучести, нужно выполнять компенсаторные движения ногами.

Практика показывает, что у квалифицированных пловцов  — хорошая горизонтальная плавучесть. Многие из них могут достаточно долго находиться неподвижно на поверхности воды в горизонтальном положении.

Если  же взять обычного человека, то в  условиях горизонтального положения он долго находиться не может: его ноги тонут, вытянутое горизонтально тело постепенно переходит в положение «вертикальной плавучести».

Плавучесть  зависит от целого ряда различных факторов. Среди них: плотность воды, морфотип человека, поза пловца в воде, особенности расположения подкожного жира, степень заполнения легких воздухом и др.

Плотность воды зависит от содержания в ней солей. Именно поэтому плавучесть более высокая в морской воде, плотность которой, как правило, выше плотности человеческого тела. Утверждают, что в некоторых местах морского побережья можно свободно, без движений, лежать на воде и даже читать газету.

Средняя плотность  тела человека определяется соотношением костной, жировой и мышечной тканей. Плотность жировой ткани равна 0,92 — 0,94; мышечной — 1,04 — 1,05. Самая тяжелая — костная ткань, особенно трубчатых костей: величина ее плотности в среднем составляет 1,7 — 1,9. Во многих случаях высокая плотность связана с тяжелым костяком, большой мышечной массой и малой жировой прослойкой. Преобладание в этом соотношении жировой ткани способствует увеличению плавучести.

Жироотложение является для пловцов специфическим  признаком, причем интерес представляет не только количественная характеристика подкожного жира, но и тип его распределения. Пловцов отличает пониженное расположение жира на ногах и особый характер его распределения вообще.

Возрастная  динамика величины подкожного жира у  пловцов четко .указывает на присущие полу различия: девочкам свойственна более высокая степень его отложения. В 10—11 лет между пловцами — мальчиками и девочками — нет различий в средней величине кожно-жировых складок, а в 12 лет у мальчиков уровень развития подкожного жира даже выше. Этот факт объясняется разной направленностью динамики гормональных сдвигов и различиями сроков вступления в период пубертатного развития.

Наиболее интенсивное  увеличение подкожного жира отмечается у девочек при наступлении менструального цикла.

У юношей-пловцов  изменение массы подкожного жира носит прямо противоположный характер: по мере вступления в пубертатный период отложение жира у них уменьшается.

Таким образом, динамика жироотложения отражает гормональные изменения в организме и может служить критерием оценки степени физического развития пловцов.

Более стабильный признак — величина мышечного  индекса пловцов. Несмотря на то что  в возрастной динамике всегда есть его изменения, он четко отражает половой диморфизм: во всех возрастных группах у мальчиков и у юношей величина мышечного индекса достоверно выше, чем у их сверстниц, причем с возрастом у мальчиков-пловцов он последовательно возрастает, особенно в 10—11 и 13—14 лет.

Плавание предъявляет  жесткие требования к специфическим для этого вида спорта качествам. В конечном итоге особенности строения тела женщин — рельеф тела и его покров, меньший удельный вес, свойственная женской конституции высокая чувствительность кожного анализатора, — способствуют лучшей биологической приспособленности к передвижению в водной среде, создают им преимущества в адаптации к специфическим условиям водной среды. У мужчин это находит свое проявление в развитии костяка и мускулатуры, пропорций тела и других особенностей конституции.

При анализе признаков телосложения и физической подготовленности пловцов часто используется такой параметр, как активная масса (мышечная масса + масса костной ткани). Любопытно, что в зависимости от плавательной специализации данный параметр имеет отличия. Так, у специализирующихся в кроле спринтеров активная масса составляет 72,3 % от общей массы тела, у средневиков — 72 %, у стайеров — 68,4 % (Н.Ж. Булгакова, 1986).

Показатель активной массы  находится в высокой корреляционной связи с величиной относительной силы спортсмена и, кроме того, определяет характер его физической работоспособности.

Процентное содержание жировой  ткани у спринтеров выше, чему стайеров.

У специализирующихся в кроле  на спине относительный вес активной массы составляет 70,5 %, при этом он незначительно отличается от такового у представителей других способов плавания. Жировой ткани у них — 8,6 % . Вместе с тем относительный вес костной ткани у них значительно меньше, чем у представителей других плавательных специализаций. По мнению Н.Ж. Булгаковой (1986), это имеет немаловажное значение для успеха при плавании на спине.

У специализирующихся в плавании способом дельфин активная масса составляет 71,6 %. Они имеют наибольший относительный вес жировой ткани (11 %) и почти такой же низкий процент костной ткани, как у «спинистов».

У мужчин, специализирующихся в комплексном плавании, активная масса составляет 71,4 % .

Пловцы, работа которых носит  выраженный скоростно-силовой характер, имеют большие величины веса тела, обхватных размеров, мышечной массы. К ним относятся кролисты-спринтеры, а также представители дельфина и брасса.

Успеха в плавании на спине  добиваются спортсмены с сильными руками. Это довольно «легкие» пловцы, у которых по сравнению с представителями спринтерского кроля и дельфина небольшие вес тела и масса мышечной ткани.

Специализирующиеся в  комплексном плавании (по показателям обхватов, площадей сечений и составу тела) приближаются к специализирующимся в спринтерском кроле, дельфине и брассе.

У брассистов средние по величине обхваты пояса верхних конечностей, самые большие обхваты бедра и соответствующих площадей сечений, большие вес тела и масса мышечной ткани.

У женщин, специализирующихся в разных способах плавания и на разных дистанциях, разница в составе тела не столь значительна и статистически недостоверна (Н.Ж. Булгакова, 1986). К примеру, величина относительной мышечной и активной тканей у представительниц спринтерских дистанций в кроле не отличается от таковой у стайеров. Возможно, это признак недостаточной силовой подготовленности спринтеров.

Самый большой показатель абсолютной и относительной массы  активной ткани имеют брассистки.

По таким показателям, как абсолютная масса жировой  ткани, спортсменки высокого класса, специализирующиеся в разных способах плавания, не отличаются друг от друга. Жировые складки у них преобладают на задней поверхности плеча, животе, бедрах и голени, отражая тенденцию локализации жировой прослойки у женщин, не занимающихся спортом.

Плавучесть зависит от показателя жизненной емкости легких (ЖЕЛ). У мужчин-пловцов высокого класса ЖЕЛ составляет 6,0—7,0 л; у женщин — 5,0—5,5 л.

Чем больше ЖЕЛ, тем выше плавучесть.

Выделяют возраст наиболее интенсивного прироста показателей ЖЕЛ: 11—12 лет для девочек и 13—14 лет — для мальчиков; соответственно возраст крайне низкой интенсивности прироста: 14—15 и 15—16 лет.

При полном глубоком вдохе  плавучесть всегда выше, чем при  полном глубоком выдохе. Это обусловлено  тем, что масса тела при этом остается такой же, изменяется лишь объем  тела: на вдохе, разумеется, он больше, соответственно меньше удельный вес, или плотность тела.

По средним данным удельный вес при полном вдохе достигает 0,976; при нормальном вдохе он равен 0,993; при полном выдохе — 1,038 г/см³.

Удельный вес мужчин-пловцов  I спортивного разряда при полном вдохе равен в среднем 0,977, тогда как студентов института физической культуры, не специализирующихся в спортивном плавании, достигает в среднем 0,990.

Удельный вес  женщин при полном вдохе равен  в среднем 0,965; при полном выдохе — 1,046.