Анализ сил, тормозящих продвижение тела пловца

Лобовое сопротивление — главная сила, препятствующая продвижению пловца вперед. Величина лобового сопротивления зависит от формы и обтекаемости тела, его положения (ориентации) относительно потока воды. Она пропорциональна площади поперечного сечения тела (площади проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения) и квадрату скорости движения тела относительно воды:

где S — площадь поперечного сечения тела, V — скорость движения тела относительно воды.

Проекция тела на фронтальную плоскость — это, образно говоря, контур пловца, который мы увидим, если будем смотреть на него спереди через подводное окно (рис. 11). При скольжении пловца в вытянутом горизонтальном положении площадь проекции его тела будет минимальной (см. рис. 11, а). В отдельные моменты цикла движений при плавании тем или иным способом эта площадь может существенно возрастать (см. рис. 11, б). Соответственно, будет возрастать и величина встречного гидродинамического сопротивления.

Рис. 7 7. Площадь поперечного сечения тела пловца (заштрихованный контур справа):

а — при скольжении под водой в вытянутом горизонтальном положении; б — при плавании брассом Сопротивление продвижению тела пловца вперед увеличивается при недочетах в технике: например, при излишнем сгибании ног в тазобедренных суставах при плавании кролем и брассом; при опускании таза глубоко в воду («сидячем» положении) при плавании на спине; при поднимании головы вверх и излишнем прогибании туловища при плавании баттерфляем.

Ориентацию тела пловца во время движения характеризуют углом атаки, т. е. углом между продольной осью тела и направлением движения (см. рис. 9). С увеличением угла атаки возрастает лобовое сопротивление. Углы атаки тела пловца, превышающие 10—15°, не являются рациональными. В этом случае существенно возрастает площадь проекции тела на фронтальную плоскость, ухудшается обтекаемость, увеличивается вихреобразование за спиной и тазом пловца — ив целом увеличивается лобовое сопротивление.

Гидродинамическое сопротивление тела теоретически можно разделить на сопротивление трения, волнообразования и формы (вихреобразования).

Сопротивление трения возникает в силу вязкости воды. Ее частицы и слои, непосредственно прилегающие к телу, образуют своего рода водный чехол, двигающийся вместе с телом вперед. На приведение этой массы воды в движение затрачивается энергия. Сопротивление трения составляет незначительную часть общего гидродинамического сопротивления. И все же не следует забывать, что плохо подогнанный плавательный костюм, да еще изготовленный из грубой, ворсистой ткани, может отрицательно сказаться на скорости плавания за счет повышения сил сопротивления трения.

Сопротивление волнообразования возникает во время движения по поверхности. Когда тело рассекает неподвижную поверхность, сдвигаемая масса воды приходит в колебательное движение, образуя волны. На преодоление сил тяжести и инерции сдвигаемой массы воды затрачивается часть энергии пловца (с увеличением скорости плавания энергозатраты возрастают). Чем меньше величина вертикальных колебаний тела пловца, чем меньше он сдвигает воду передней частью тела (т. е. чем лучше наскальзывает на воду и рассекает ее), тем меньше величина волнового сопротивления.

Сопротивление формы представляет наибольший практический интерес, так как на его долю приходится около 70% общего гидродинамического сопротивления тела. В соответствии с формулой (1) сопротивление формы изменяется пропорционально квадрату скорости плавания, площади проекции тела на поверхность, перпендикулярную движению. Существенно зависит оно от продольного профиля тела (собственно формы) и ориентации тела в потоке (угла атаки тела).

Для пловца наиболее обтекаемым по форме является вытянутое (относительно продвижения вперед) положение тела: руки вытянуты вперед, кисти соединены; голова находится между руками; ноги вытянуты и соединены, носки оттянуты (см. рис. 11, а). Такое положение рекомендуется принимать, например, во время скольжения после старта и поворота. Если в это время нарушить рациональное положение рук (например, развести кисти на ширину плеч, вытянуть руки вдоль бедер), силы сопротивления заметно возрастут. То же произойдет и при нарушении рационального положения головы, туловища, ног.