2.1.2. Сили, що діють при статичному і динамічному плаванні. поняття плавучості
Відповідно до закону руху існує 2 варіанти плавання: статичну і динамічну.
Статична плавання - фізичне тіло (тіло людини) знаходиться в спокої на поверхні води, т. Е. Без руху. Варіантами такого плавання можуть бути також завдання на навчальних заняттях по демонстрації і утриманню фігур «зірочка», «поплавок» і ін.
При статичному плаванні діють дві протилежні сили: сила тяжіння, яка спрямована вниз, і виштовхує (підтримуюча) сила, яка спрямована вгору.
Динамічне плавання - плавання за допомогою різноманітних рухових дій (за допомогою енергії руху). При динамічному плаванні до існуючих силам тяжкості і виштовхує додаються сила тяги і протилежного спрямована їй сила опору. Сила тяги, як правило, спрямована по ходу руху і складається з декількох складових (робота рук, ніг). Сила опору завжди спрямована проти руху і складається з декількох видів опорів (див. Повний опір).
Існування гідростатичного тиску призводить до того, що на будь-яке тіло, що знаходиться в рідині або газі, діє виштовхуюча сила. Вперше значення цієї сили в рідинах визначив на досвіді Архімед. Закон Архімеда формулюється так: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхуюча сила, рівна вазі тієї кількості рідини або газу, яке витіснене зануреної частиною тіла.
Розглянемо теоретичний висновок закону Архімеда. У посудину (рис. 1) налита рідина і занурено тіло, що має форму куба. Ребро куба одно l. Верхня грань куба знаходиться від поверхні рідини на глибині h, а нижня - на глибині h + l. На всі грані куба рідина тисне. При цьому сили тиску, що діють на бічні грані куба, взаємно компенсуються. На верхню грань куба діє спрямована вниз сила тиску F1. модуль якої
де ж- щільність рідини; S - площа грані куба. На нижню грань куба діє спрямована вгору сила тиску F2. модуль якої
Так як h FA- тіло тоне;
тела = ж- тіло плаває або зависає (необов'язково на поверхні);
Коли тіло рухається у водному середовищі, сили со-спротиву середовища діють на тіло в направле-нии строго назад. Ці сили складають опору-ня форми. Коли зустрічний потік взаємодій-обхідних з тілом, він направляється в сторони і слід уздовж контуру тіла. Якщо тіло має про-тека формою, водний потік рухається майже безперешкодно уздовж тіла. Якщо ж форма не є обтічної, як форма руки, підстав-ленній перпендикулярно потоку, вода не може плавно обтечь така перешкода, і відбувається відрив потоку з утворенням вихрових «карма-нів» і воронок позаду тіла (руки).
Опір форми може бути знижено шляхом додання тілу горизонтальній орієнтації. Потрібно намагатися, щоб таз і стегна рухалися в просторі, як би в проекції голови і плечей. Тобто потрібно плисти так плоско, як це можливо. Так новий варіант удару ніг в брасі покликаний зменшити опускання колін вниз. Під час удару ногами стегна піднімають вгору. Максимальна просуває сила, таким чином, досягається при більш обтічному положенні тіла.
Хвильовий опір створюється при русі плавця по поверхні води або на незначній глибині під водою. Так як волнообразованіе вимагає енергії, то єдиним її джерелом є плавець. Енергія, кото-раю може бути використана для створення пропульсивних сил, втрачається на волнообразованіе.
Виникаючі на поверхні води при русі плавця хвилі можуть бути розбиті на дві групи: на систему розбіжних і поперечних хвиль. Розходяться (або по-іншому - косі) хвилі виникають у передній і задній частині тіла. Гребені косих хвиль розташовані по відношенню до діаметральної площині під кутом близько 40 °. Лінії, що проходять через початок косих хвиль, складають до діаметральної площині кут близько 20 °.
Поперечні хвилі рухаються поперек лінії руху. Якщо подивитися на плавця збоку, то можна побачити, що у лінії голови і плечей піднімається передня хвиля. У цьому місці зароджуються як косі, так і поперечні хвилі. Поперечну хвилю необхідно враховувати при виконанні вдиху і при русі рук над водою. Гребінь передньої хвилі розташований у голови.
Наступна хвиля починає підніматися за тазом. Западина між передньою і задньою хвилями розташована у попереку. При повільному плаванні ці хвилі чітко не помітні. Однак при максимальній швидкості вони значно збільшуються, а спина плавця оголюється майже до попереку.
Джерелами хвилеутворення є:
акцентовані вертикальні руху ( «вилітання» з води в батерфляй, підведення голо-ви для вдиху в кролі);
поперечні і будь-які інші рухи, що відхиляють тіло від горизонтального положення;
нерівномірне просування плавця ( «ривки») також створює хвилі.
Хвильовий опір - най-більш шкідливий. Воно збільшується пропорційно кубу швидкості плавця. У той же час цей вид опору-тивления може бути об'єктом контролю плавця. Величина хвильового опору може бути знижена за рахунок усунення зайвих верти-Кальний і бічних рухів.
Кожен вид гідродинамічного опору вносить вклад в зниження швидкості плаву-ня. Потрібно пам'ятати, що коли пло-вець збільшує швидкість плавання в 2 рази, опір тертя також зростає в 2 рази, в той час як опір форми зростає в 4 рази, а хвильовий опір - в 8 раз. Зі збільшенням швидкості образу-ше опір і опір форми збільшуються настільки, що настає момент, коли подальше збільшення потужності рухів (і енерговитрат) не сопровож-датися поліпшенням результату.
Тому кожне нове технічне дію, якому навчається плавець, має бути попередньо оцінений з позицій створюваного гідродинамічного опору. Опір знижує швидкість плавання. Ефективна техніка, перш за все, створює найменший опір і таким чином підвищує ефективність плавальних рухів.
2.2. Анатомічні та фізіологічні основи плавання
Анатомічними і фізіологічними особливостями людини певною мірою визначається здатність плавання і його ефективність.
При всіх рівних умовах перевагою володітиме плавець з великими габаритами тіла і «важелями» - зростання, обхват грудей, довжина рук, ніг. Особливе значення має площа гребущіх поверхонь - кисть, і особливо стопа. Для спортсменів-плавців, як правило, характерно збільшення розмірів стопи, тому розміри взуття у них можуть бути на кілька розмірів більше своїх однолітків і не відповідати пропорції із зростанням.
У той же час люди з великою поверхнею тіла відчувають більш значний опір води, ніж люди з меншою поверхнею тіла. Відповідно, у чоловіків лобове опір в середньому більше, ніж у жінок. Однак при обліку розмірів поверхні тіла ця різниця між жінками і чоловіками несуттєво. На величину лобового опору впливає положення (форма) тіла в воді при різних стилях плавання і в різні фази плавального циклу.
В цілому можна сказати, що ефективність плавальних рухів в значній мірі визначається рухливістю в плечових суглобах, плечовому поясі, хребетному стовпі (його грудному і поперековому відділах), в тазостегновому, колінному і гомілковостопному суглобах.
Крім рухливості в основних суглобових групах, при оволодінні технікою плавання треба враховувати, що м'язи можна віднести до упруговязкіх тіл. Наявність пружності у м'язів створює можливість передачі енергії скорочення одних м'язових груп до інших. Наприклад, для рухів ніг при плаванні це властивість має велике значення, так як безпосереднім рушієм є стопа і частина гомілки.
Анатомічна будова тіла багато в чому зумовлює здатність триматися на воді. Величина підйомної (виштовхує) сили залежить, по-перше, від ваги (обсягу) різних тканин тіла (насамперед м'язів і жирової тканини) та їх співвідношення в тілі даної людини; по-друге, від ступеня занурення тіла у воду, точніше, від ваги (обсягу) частин тіла, що знаходяться над і під поверхнею води, і, по-третє, від об'єму повітря в легенях. Вага тіла у воді становить лише кілька кілограмів. У людей з великою кількістю жиру потопляє сила (вага тіла в воді) дорівнює 0, так що вони здатні утримуватися на поверхні води без будь-яких додаткових зусиль. Оскільки у жінок обсяг жирової тканини відносно більше, положення тіла у воді у них зазвичай вище, ніж у чоловіків. Саме тому при всіх рівних умовах жінкам легше триматися на воді і легше освоїти навик плавання. Чоловікам, у яких кістково-м'язова тканина щільніше, а жирових відкладень менше (знову ж при рівних усереднені показники), доводиться активніше діяти в воді, рухатися. Серед плавців велику плавучість мають стаєр, тіло яких займає більш горизонтальне положення (ближче до поверхні води), так як вони мають більше жирове депо і більш низька питома вага тіла, ніж спринтери (відповідно 1,0729 і 1,0786).
Коли тіло спокійно утримується на воді, деякі частини тіла знаходяться над водою і легкі лише частково заповнені повітрям. Тому на тіло діє потопляє сила, якій має протистояти м'язова активність, створює протилежно спрямовану силу. Про ступінь цієї активності можна судити за величиною споживання кисню понад рівень повного спокою. Чим більше потопляє сила, тим сильніше повинна бути м'язова робота для утримання тіла біля поверхні води і тим вище споживання кисню. У жінок ця сила коливається в межах 1,6-4,7 кг, у чоловіків - 4,9-5,8 кг.
Витрати енергії у людини при плаванні приблизно в 30 разів більше, ніж у риби подібних розмірів, і в 5-10 разів більше, ніж при бігу з тією ж швидкістю. При дуже низькій швидкості плавання значні відмінності в енергетичних витратах у людей пояснюються різною потопляє силою (плавучість) у них. При плаванні з однаковою швидкістю жінки витрачають менше енергії, ніж чоловіки, головним чином тому, що у жінок більше плавучість.
Зі збільшенням швидкості плавання споживання кисню зростає при плаванні кролем на грудях експоненціально (приблизно пропорційно квадрату швидкості), а при плаванні брасом і батерфляєм - лінійно, лише кілька сповільняться при великій швидкості. Такий характер залежності між енергетичними витратами (споживанням кисню) і швидкістю плавання різними способами пояснюється насамперед особливостями зміни лобового опору і механічної ефективності. Енергетичні витрати при плаванні брасом і батерфляєм вдвічі більше, ніж при плаванні кролем на грудях.
Найбільше споживання кисню, яке може бути досягнуто при роботі тільки руками або тільки ногами, становить відповідно 70-80 і 80-90% від максимального його споживання при повноцінному плаванні. Максимальна швидкість плавання при роботі руками менше, ніж при роботі руками і ногами, що відповідно веде до більш низького споживання кисню. Однак при плаванні кролем ця різниця вкрай мало, що пов'язано з високою ефективністю гребків руками.
На дистанції 100 м (50-60 с) приблизно 80% енергії забезпечується анаеробним шляхом (околомаксимальним анаеробна потужність). Зі збільшенням дистанції зростає аеробний компонент енергопродукції: на дистанції 400 м він перевищує 50% загальної енергопродукції. На дистанціях 800 і 1500 м дуже важливу роль відіграють потужність і ємність кисневої системи організму плавця.