Виды сопротивления движению тела в воде
Источник:
«Теория и методика обучения плаванию».
Редактор: А.А. Литвинов Изд.: Академия, 2014 год.
Содержание
Виды сопротивления движению тела
Сопротивление формы
При движении тела в воде возникает лобовое, или общее, сопротивление, которое включает в себя: сопротивление формы Rf, сопротивление трения RT и сопротивление волнообразования Rv.
Наибольшее сопротивление в воде возникает при движении пластины плоскостью вперед (рис. 3.2). При движении пластины плоскостью вперед перед ней возникает повышенное давление воды, а за плоскостью пластины вода находится в разреженном состоянии. Разность давлений спереди пластины и сзади, а также энергия, расходуемая на образование вихревых потоков, будут определять величину сопротивления.
Величину сопротивления можно уменьшить, если улучшить условия обтекания пластины. Поместив перед ней полусферу, сопротивление можно снизить за счет уменьшения давления воды перед ней. Если полусферу поместить за пластиной, то сопротивления будет еще меньше за счет уменьшения вихреобразования за пластиной. При двух полусферах или при форме цилиндра сопротивление пластины станет меньше, чем пластины без полусфер в 2,2 раза. Наименьшим сопротивлением обладают формы с овальной передней поверхностью и плавно уменьшающимся диаметром задней поверхности тела.
Разница сопротивления пластины и цилиндра указывает на то, что кисть со сжатыми пальцами имеет большее сопротивление, чем кисть с разведенными пальцами, когда только половина плоскости кисти - ее ладонь — имеет сопротивление пластины, а вторая ее половина — пальцы — работают как цилиндры. Поэтому пловцы, не обладающие достаточной силой гребковых мышц, часто выполняют гребок с разведенными пальцами, и наоборот, у физически подготовленных пловцов вся кисть имеет форму пластины.
Сопротивление формы при оценке техники плавания представляет наибольший интерес, так как на его долю приходится около 70 % общего сопротивления. Несмотря на то что тело пловца с точки зрения гидромеханики относится к телам неправильной формы, при определенных положениях туловища и конечностей можно получить благоприятные условия для уменьшения сопротивления. Проведенные исследования показали, что наименьшее сопротивление движению наблюдается тогда, когда тело пловца занимает горизонтальное положение с вытянутыми вперед руками ладонями внутрь и касающимися друг друга. Разведение рук до ширины плеч увеличивает силу сопротивления на 10 %; скольжение, при котором руки располагаются вдоль тела и прижаты к туловищу, увеличивает силу сопротивления на 20 %.
Сопротивление трения
В природе существуют несмачиваемые и смачиваемые жидкостью тела. К несмачиваемым телам можно отнести водоплавающих птиц, у которых слой жира на перьях препятствует намоканию кожи. Толщина слоя воды, приводимого в движение, у таких тел намного меньше, чем у смачиваемых тел, и потеря энергии у них происходит в результате трения тонкого слоя молекул воды о поверхность тела. Сопротивление трения больше у тел, имеющих смачиваемую поверхность. При смачивании поверхности тела молекулы воды прилипают к нему и движутся со скоростью тела, увлекая за собой соседние слои. В результате этого вместе с телом перемещается значительная толща окружающей воды. Она тем больше, чем больше скорость движения тела и вязкость окружающей жидкости.
Слой воды, вовлекаемый в движение телом, носит название пограничного слоя. За толщину пограничного слоя принимается расстояние от смоченной поверхности движущегося тела до того слоя, скорость которого менее 1 % от скорости тела. Внутри пограничного слоя могут иметь место ламинарный и турбулентный режимы перемещения жидкости. Каждому перемещению соответствуют свои законы распределения скоростей в слое.
На величину силы трения влияют величина смоченной поверхности, степень шероховатости тела, скорость движения тела, вязкость жидкости и характер движения жидкости в пограничном слое. Величина сопротивления трения от общего сопротивления равна приблизительно 10 %.
Сопротивление волнообразования
Волна представляет собой процесс колебания водных масс. Энергия волны равна расходу кинетической энергии на ее образование, отнесенному к единице 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 вблизи 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 форме описания наблюдаемой картины волн.
При движении тела пловца в воде возникают гравитационные волны. По форме они бывают косыми или расходящимися, поперечными и круговыми.
Косые волны возникают у передней и задней частей тела пловца. Они расходятся по отношению к продольной оси тела под углом от 20 до 40°.
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 волнами располагается у поясницы.
Круговые волны возникают главным образом при падении на воду брызг от движений пловца и при ударах о воду.
Сопротивление волнообразования зависит от скорости движения тела пловца, его удельного веса и техники движений. Доля волнового сопротивления от общего сопротивления составляет около 20 %.