«Осуществление межпредметных связей в системе профильного обучения» (стр. 26 )

Сила, направленная параллельно встречному обтекающему потоку, называется силой лобового сопротивления.

Сила, действующая перпендикулярно вверх по отношению к направлению потока, называется подъемной силой, перпендикулярно вниз - топящей.

Скорость и энергетические расходы при плавании зависят от трех основных механических факторов: 1) величины подъемной (плавучей) силы, противодействующей весу тела, или обратной ей величины - потопляющей силы; 2) лобового сопротивления продвижению тела в воде и 3) движущей силы, возникающей в результате эффективных продвигающих (пропульсивных) усилий пловца.

Средняя чисто дистанционная скорость (в середине бассейна) при плавании на 100 м составляет максимально: в кроле - около 1,9 м/с, в баттерфляе - 1,8 м/с, на спине - 1,7 м/с, в брассе - 1,5 м/с. Таким образом, наибольшая скорость достигается при плавании кролем, наименьшая - брассом.

Способы плавания основаны на взаимодействии пловца с водой, при котором создаются силы, продвигающие его в воде и удерживающие на ее поверхности. Взаимодействие возникает вследствие погружения в воду и активных движений пловца. Специфические особенности биомеханики плавания связаны с тем, что силы, тормозящие продвижение, значительны, переменны и действуют непрерывно. Постоянной же опоры для отталкивания вперед у пловца нет, она создается во время гребковых движений и остается переменной по величине.

УМКД 042-18-38.1.70/03-2014

Редакция № 1 от 25.06. 2014 г.

Страница 2 из 161

При всех гребковых движениях гребущие звенья движутся относительно остальных частей тела назад, а последние относительно гребущих звеньев - вперед. В начале гребкового движения спортсмен плывет по дистанции с некоторой начальной скоростью. Вследствие гребка туловище продвигается вперед со скоростью большей, чем начальная. Гребущие звенья движутся относительно туловища назад быстрее, чем относительно воды. Таким образом, механизм динамического взаимодействия пловца с водой основан на изменениях сопротивления воды, обусловленных в первую очередь скоростью движения частей тела относительно воды.

Рассмотрим рабочее движение пловца прямой рукой, стоя на дне (см. рис. 4). Данное движение будет выполняться за счет вращения по отношению к плечевому суставу. При движении руки по ее длине возникают силы гидродинамического давления как результат сопротивления воды. Для удобства в данном рисунке не указывается сила давления на воду, которая равна силе сопротивления и направлена в противоположную сторону. Наибольшая величина сопротивления будет у кисти за счет ее большей скорости, площади и коэффициента обтекаемости. Величина сил сопротивления на руке постепенно падает от кисти к плечу (на рис. 5 это показано уменьшением длины стрелок). Равнодействующая этих сил приложена у запястья и направлена в сторону, противоположную прилагаемым усилиям. По правилу параллелограмма одна из составляющих направлена вперед (Рх - сила тяги). Другая составляющая (Рy), в зависимости от положения руки, будет направлена вверх (положение I) или вниз (положение Ш). Наиболее выгодно положение II, когда равнодействующая сила полностью направлена на продвижение пловца вперед.

Рис. 4

По такому же правилу разложения сил рассмотрим и рабочее движение ногами способом кроль на груди (рис. 5) и плавании баттерфляем (рис. 6). Во время движения сверху вниз вследствие сопротивления воды возникает результирующая сила, направленная вперед и вверх. Ее можно разложить на две составляющие, одна из них будет направлена вперед - Рх, другая - вверх - Рy.

В отличие от стационарного положения, во время плавания картина действия сил выглядит несколько сложнее, т. к. конечности пловца совершают не одно, а два движения. Сюда же можно добавить и одновременную работу рук и ног. Сам характер движения также различен. Если при движении ног кролем на груди при работе у бортика наблюдается положительное давление на всей длине ноги, то в

УМКД 042-18-38.1.70/03-2014

Редакция № 1 от 25.06. 2014 г.

Страница 2 из 161

движении у пловца такое давление наблюдается только на стопе и небольшой части голени. В отличие от движений руки, ноги кролиста не обретают скорости, превышающей скорость потока. В лучшем случае эта скорость сравнивается со скоростью обтекающего потока. Однако стопа во время движения имеет значительные вертикальные скорости. При наклонном положении стопы по отношению к направлению движения образуются силы, продвигающие пловца вперед.

Рис. 5

Величина силы тяги рук пловца обычно находится в пределах 16 - 18 кг, а сила тяги ног при плавании кролем - 10 –12 кг. Приложение сил у пловца по времени составляет 0,3 - 0,5сек.

Рис. 6

Движущая, или пропульсивная (продвигающая) сила. Эта сила возникает в результате активной мышечной деятельности пловца и представляет собой сумму действия двух сил — лобового сопротивления и подъемной силы, возникающей при плавательных движениях. Она определяет скорость и направление движения тела пловца. Прямо измерить пропульсивную силу не удается, ее определяют у спортсмена, привязанного к измерительному устройству. Наибольшая движущая сила зарегистрирована при «привязанном» плавании способом брасс — около 22 кг. При других способах плавания эта сила примерно одинакова - максимально 13-14 кг. В брассе наибольший вклад дает работа ног, а в кроле на груди и на

УМКД 042-18-38.1.70/03-2014

Редакция № 1 от 25.06. 2014 г.

Страница 2 из 161

спине - работа рук. В плавании способом баттерфляй движущая сила рук и ног примерно одинакова.

Лобовое сопротивление.

При плавании основная мышечная работа затрачивается не на удержание тела на воде, а на преодоление силы сопротивления движению тела, которая называется лобовым сопротивлением. Ее величина зависит от вязкости воды, размеров и формы тела, а главное - от скорости продвижения его. При высокой скорости продвижения в воде преодоление лобового сопротивления составляет главный компонент физической нагрузки для пловца. Если путем буксировки протягивать тело человека по воде, то лобовое сопротивление этому пассивному продвижению растет примерно пропорционально квадрату скорости буксировки. При активном плавании из-за движений головой, туловищем и конечностями лобовое сопротивление больше: при плавании кролем примерно в 1,5 раза, а при брассе - в 2 раза.

Силы лобового сопротивления доминируют, особенно на решающих участках гребковых траекторий в способах плавания кроль на груди, кроль на спине и баттерфляй. Величина сил лобового сопротивления, создаваемая на гребущих плоскостях (кисть и предплечье), значительно превышает величину подъемной силы.

В способе брасс как лобовое сопротивление, так и подъемная сила вносят вклад в создание результирующей продвигающей силы как во время разведения, так и сведения рук. Однако направление силы лобового сопротивления не совпадает с направлением вектора скорости тела. Таким образом, подъемная сила, образованная за счет движения кистей рук под углом атаки к потоку в плоскости, перпендикулярной направлению движения, является главным и почти единственным компонентом продвигающего усилия.

Общепризнано, что и подъемная сила (лифт), и лобовое сопротивление должны рассматриваться как компоненты пропульсивных сил в плавании. Пловцы должны максимизировать обе силы, создающие продвижение. В то время как пловец давит на воду в направлении назад, жидкость под рукой замедляется пропорционально углу атаки кисти и силам трения. Когда угол острый, замедление незначительное и возникающие силы лифта и лобового сопротивления малы по величине. Когда угол атаки больше, замедление потока относительно кисти более значительно, что ведет к возрастанию реакции опоры на кисти. Результирующая сила акции может быть разложена на подъемную силу и лобовое сопротивление. Замедление потока жидкости также дополняется сопротивлением трения поверхности кисти и предплечья и сопротивлением формы, обусловленным размером и формой руки.

При движении вперед вниз создается сила, тормозящая движение пловца, несмотря на то, что в это же время на руке создается лифт. В большинстве вариантов гребковых движений присутствует элемент поперечных движений.

Пловцы никогда не выполняют гребок прямолинейно спереди назад. В брассе движения, направленные в стороны, даже акцентированы.

УМКД 042-18-38.1.70/03-2014

Редакция № 1 от 25.06. 2014 г.

Страница 2 из 161

Другая черта гребка - асимметрия в движениях рук. Сильная рука старается сбалансировать движение слабой руки. Поэтому весьма маловероятно, что можно найти идеальные варианты траектории гребка.

Измерение сил в плавании представляется весьма затруднительным, так как имеет место взаимодействие сегментов. Когда изолированно рассматривается только один сегмент, это может привести к ошибочным заключениям. Даже теперь, когда состояние развития методов измерения значительно лучше, чем ранее, оно все еще оставляет желать лучшего.

На ранних и заключительных стадиях гребковые движения имеют значительный вертикальный компонент. Чтобы развить продвигающее усилие, кисть-предплечье должны быть погружены на достаточную глубину и затем следовать в направлении, при котором создается максимальный горизонтальный компонент усилия. После того как были созданы максимальные продвигающие усилия, руку следует вынуть из воды для проноса. Выражается точки зрения, что ранний и поздний участки подводного движения руки должны считаться «переходными». Наблюдения и опрос пловцов показывают, что на этих переходных участках гребковых движений не создается продвигающего усилия, и пловцы не чувствуют, что они создают такие усилия. Термин «гребок» должен быть зарезервирован для тех фаз, где действительно создается продвижение (ускорение).