УДК 796.012.412.7
определениe активного гидродинамического сопротивления при экспериментальной скорости в спортивном плавании
1
1ГОУ ВПО «Северный (Арктический) Федеральный Университет имени », Архангельск, Россия, e-mail: *****@***com
Проведен анализ основных особенностей актуальных методов определения активного гидродинамического сопротивления (Fr(a. d.)) в некотором диапазоне скоростей в спортивном плавании. Для сравнения был выполнен расчет экспериментальных значений Fr(a. d.) используя экспоненциальную и квадратичную зависимость при экспериментальных скоростях плавания. Выявлена тенденция к более существенному увеличению данного показателя при вычислении экспоненциального уравнения. Выполнена интерпретация обнаруженного явления с перечислением основных гидродинамических закономерностей спортивного плавания. Эти данные указывают на относительную релевантность использования экспоненциального уравнения для вычисления величин Fr(a. d.) при определенной скорости плавания. Однако, приведенные факторы, в частности феномен снижения активного гидродинамического сопротивления на предельной скорости плавания указывают на более комплексный характер изучаемого явления и определяемых величин.
Ключевые слова: биомеханика, активное гидродинамическое сопротивление, скорость плавания
ACTIVE DRAG ESTIMATION AT EXPERIMENTAL VELOCITY IN COMPETITIVE SWIMMING
Puchinskiy G.1
1Nortern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia
The basic peculiarities of acknowledged methods estimating active drag (Fr(a. d.)) in the range of swimming velocities were analyzed. In order to compare those methods values Fr(a. d.) relatively to experimental velocities were calculated by means of exponential and quadratic equations. It was found tendency to more significant increase of Fr(a. d.) applying exponential equation in comparison with the quadratic one. The following interpretation based on hydrodynamic regularities of swimming was provided. Those data highlight the relative relevance of applying exponential equation for Fr(a. d.) values calculation at particular swimming speed. However, the mentioned factors and active drag reduction at maximal velocity phenomenon in particular point at more complex character of studied issues and estimated values.
Key words: biomechanics, active drag, swimming velocity
В цикле плавательных движений средние значения активного гидродинамического сопротивления (Fr(a. d.)) равны средним значениям тотальной пропульсивной силы создаваемой движителями. В то же время пассивное гидродинамическое сопротивление (Fr(p. d.)) в большей мере определяется конституциональными особенностями человека [1, 2, 4, 6, 7]. Для измерения Fr(a. d.) широкое применение получил метод малых возмущений и его модификации. Одной из его особенностью является получение количественных значений при максимальной скорости плавания [1, 2]. В то время как Fr(p. d.) может измеряться при буксировке с использованием установок гравитационного и моторизованного типа на любых экспериментальных скоростях.
В исследовательских работах используется квадратичная зависимость увеличения активного гидродинамического сопротивления от скорости [6, 7]. Данное отношение включено в выражение для вычисления активного сопротивления на некоторой экспериментальной скорости:
В последние годы был представлен другой алгоритм вычисления активного гидродинамического сопротивления на различных экспериментальных скоростях плавания [4]. Этот метод использует результаты измерения пассивного гидродинамического сопротивления методом моторизованной буксировки в некотором диапазоне скоростей, а также активного гидродинамического сопротивления на максимальной скорости используя модификацию метода малых возмущений. На первом этапе находится кривая пассивного гидродинамического сопротивления, а также вычисляется натуральный логарифм числового выражения для каждой скорости. Далее осуществляется определение линии линейного тренда, уравнения y = mx + c и величины достоверности аппроксимации R2. Таким образом, получено экспоненциальное уравнение нахождения величины пассивного гидродинамического сопротивления:
F = a Ч e(bЧV),
a = EXP(c); b = m,
где a и b являются константами, постоянными величинами для определенного пловца, а e основанием натурального логарифма. Данное выражение использовано для вычисления как пассивного, так и активного сопротивления с использованием констант ap и aa соответственно [4].
Используя результаты измерения активного гидродинамического сопротивления на максимальной скорости и преобразуя экспоненциальное уравнение определяется его величина на экспериментальной скорости плавания. При этом авторы метода рассматривают число aa в качестве индекса эффективности техники плавания, а ap – физических характеристик спортсмена (форма и размер тела, площадь поперечного сечения). Низкие значения индекса ap указывают на более эффективную форму тела относительно водных локомоций [4].
Для сравнения был выполнен расчет экспериментальных значений Fr(a. d.). Так, в таблице 1 представлены величины активного гидродинамического сопротивления определенных как экспоненциальная [4] и квадратичная зависимость в диапазоне скоростей плавания. Уравнение F = a Ч e(bЧV) и соответствующие значения сопротивления приведены из вышеуказанного источника. Обращает на себя внимание тенденция к более существенному увеличению данного показателя при вычислении в первом случае.
Таблица 1
Показатели силы активного гидродинамического сопротивления при различных экспериментальных скоростях плавания (Н)
Формула вычисления | Скорость, м/с | ||||||
1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,8 | 1,81 | 1,9 | 2,0 | |
F = a Ч e(bЧV) | 130,93 | 152,49 | 177,59 | 206,82 | 210 | 240,87 | 280,53 |
| 144,22 | 164,09 | 185,25 | 207,68 | 210 | 231,4 | 256,4 |
Ранее выявлено, что при повышении скорости плавания возрастает степень турбулентности гидродинамического потока жидкости, обтекающего движители, и повышение эффективности системы движений пловца, а также существование сложной нелинейной зависимости во всех способах спортивного плавания между предельной скоростью и активным гидродинамическим сопротивлением. Отмечается также гидродинамически эффективная система плавательных движений в способах плавания брасс у женщин, кроль на груди и на спине у мужчин, характеризующаяся низкими значениями активного гидродинамического сопротивления на максимальной скорости [1]. Известно, что спортивная специализация на спринтерских, средних и стайерских дистанциях характеризуется определенным двигательным стереотипом движений и использованием в различном соотношении энергообеспечивающих систем организма, где повышение и поддержание интенсивности (дистанционной скорости) происходит с изменением кинематических и динамических параметров [3]. Это закономерно может сопровождаться изменением Fr(a. d.).
Эти данные указывают на относительную релевантность использования экспоненциального уравнения для вычисления величин Fr(a. d.) при определенной скорости плавания. Однако, приведенные выше факторы, в частности феномен снижения активного гидродинамического сопротивления на предельной скорости плавания указывают на более комплексный характер изучаемого явления и определяемых величин.
CПИСОК ЛИТРЕРАТУРЫ
Колмогоров и биомеханика плавания человека в экстремальных условиях спортивной деятельности: автореф. дис. … докт. биол. наук / . – Архангельск, 1996. – 61с. Kolmogorov, S. Active drag, useful total mechanical power output and hydrodynamic force coefficient in different swimming strokes at maximal velocity / S. Kolmogorov, O. Duplisheva // J. Biomechanics. – 1992. – Vol. 25. – P. 311-318. Komar J. Effect of Increasing Energy Cost on Arm Coordination at Different Exercise Intensities in Elite Sprint Swimmers / J. Komar, P. M. Leprкtre, M. Alberty, J. Vantorre, R. J. Fernandes, P. Hellard, D. Chollet, L. Seifert // Biomechanics and Medicine in Swimming XI., Oslo, 2010. P. 204-206. Mason B. R. A Method to Estimate Active Drag over a Range of Swimming Velocities which may be used to Evaluate the Stroke Mechanics of the Swimmer / B. R. Mason, D. P. Formosa, H. M. Toussaint // Biomechanics and Medicine in Swimming XI., Oslo, 2010. P. 124-126. Mason B. R. A comparison between the values obtained from active drag analysis compared to forces produced in tethered swimming. / B. R. Mason, D. P. Formosa, S. Raleigh // Proceedings of the XXVII International Symposium on Biomechanics in Sports, 2009. Takagi H. A Hydrodynamic Study of Active Drag in Swimming / H. Takagi, Y. Shimizu, N. Kodan / JSME International Journal Series B, 1999. Toussaint H. M. Active drag related to velocity in male and female swimmers / H. M. Toussaint, G. de Groot, H. C.M. Savelberg, K. Vervoorn, A. P. Hollander // J. Biomechanics. – 1988. – Vol. 21. – P. 435-438.
