Контрольная работа: Плавание способом "кроль на спине"
Таким образом, погружающая сила постоянна по величине, но меняет точку приложения при изменении позы. Выталкивающая сила изменяет и свою величину, и точку приложения в зависимости от погружения тела в воду и его позы. [3]
Уравновешивание тела пловца в воде.
Тело пловца в воде уравновешено, когда погружающая и выталкивающая силы равны по величине и их действие направлено по одной линии.
Если погружающая и выталкивающая силы приложены не по одной линии, то они образуют пару сил (рис.5, а). Обычно ОЦТ тела пловца (при положении на спине с вытянутыми вдоль туловища руками) расположен ближе к ногам, чем центр объема вытесненной воды (центр давления - ЦД). В этом положении нижняя часть тела опускается вниз. Чтобы сохранить горизонтальное положение (уравновеситься), следует руки вытянуть за головой, что переместит ОЦТ тела пловца к головной части тела (рис.5, б). Если в этой позе ноги опускаются вниз, можно приподнять кисти и предплечья над водой, в результате ЦД переместится к ногам, но тогда выталкивающая сила может оказаться меньше погружающей и пловец, уравновесившись, уйдет в воду глубже.
Кроме того, следует учесть, что в случае, когда ОЦТ тела пловца расположен по вертикали выше, чем центр объема погруженной части тела, возникает неустойчивый вид равновесия: малейшее отклонение вызовет поворачивающую пару сил. На условия равновесия влияют также дыхательные движения, изменяющие объем тела.
Таким образом, плавучесть тела, уравновешивание его в воде зависит от множества причин.
Человек, умеющий плавать, удерживается на воде не только вследствие "пассивной плавучести", но и благодаря многим автоматическим малозаметным движениям, изменяющим условия статической плавучести и добавляющим действие подъемных сил. [3]
Динамическое взаимодействие тела пловца с водой.
Силы давления и трения в потоке.
Динамическое взаимодействие при относительном движении пловца и воды обусловлено разностью давлений, а также трением между телом и пограничными слоями воды.
Разность давлений при движении тела в воде возникает вследствие изменений в самой воде.
Различают линии тока, в каждой точке которых скорость частицы воды направлена по касательной. Линия тока характеризует скорость разных частиц воды в одно и то же мгновение. Не следует смешивать с линиями тока траектории частиц воды: скорость частицы воды всегда направлена по касательной к ее траектории, однако траектория - это след одной частицы в последовательные моменты времени, а линия тока характеризует движение разных частиц в один и тот же момент времени. Именно линии тока и характеризуют изменения в потоке воды, которые создают разность давлений.
В невозмущенном потоке (ламинарное течение) линии тока, обтекая тело, не возвращаются обратно. В возмущенном потоке (турбулентное течение) возникают завихрения. По закону Бернулли там, где скорость потока больше, давление, перпендикулярное потоку, меньше. При обтекании тела поток перед ним замедляется (поджатие), создается область повышенного давления воды на тело. Сзади тела поток отрывается от тела, возникают завихрения, разрежение, создается область пониженного давления воды на тело.
Разность давлений обусловливает лобовое сопротивление воды. Эта сила направлена одинаково с потоком, и именно в ту же сторону. Уменьшение площади наибольшего поперечного сечения тела и улучшение обтекаемости (формы тела) снижают лобовое сопротивление. В невозмущенном потоке оно меньше, чем в возмущенном.
Разность давлений обусловливает и так называемую подъемную силу при положении тела под острым углом к направлению потока. Подъемная сила направлена перпендикулярно потоку. Это понятие аэродинамики: действуя на крыло самолета, эта сила поддерживает его против силы тяжести. При движении всего тела пловца в воде под тем или иным "углом атаки" подъемная сила действительно направлена вверх против погружающей силы. Возникающая в гребковых движениях так называемая подъемная сила чаще всего имеет направление, невертикальное, да и к тому же меняющееся, поэтому целесообразнее называть ее по смыслу действия - нормальная (перпендикулярная направлению потока) реакция воды (рис.5, в).
Эта сила совместно с лобовым сопротивлением дает равнодействующую - полную реакцию воды. Составляющие этой силы, вертикальные относительно Земли, правильно называть поддерживающими силами, а горизонтальные - тяговыми силами, поскольку они определяют возможности продвижения пловца вперед.
Давление набегающего потока воды больше, чем давление с противоположной стороны тела в сходящем потоке. Разность повышенного и пониженного давлений обусловливает динамическое действие воды, т.е. лобовое сопротивление и нормальную реакцию воды, а следовательно, и их равнодействующую, полную реакцию воды. Последняя, давая две составляющие (поддерживающая и тяговая силы), обусловливает уравновешивание тела в воде по вертикали и продвижение тела пловца вперед относительно гребущей руки. Скорости пловца и гребка совместно обусловливают скорость действия на воду (рис.5, г).
Сама по себе тяговая сила не продвигает пловца вперед. Гребущие звенья и остальные части тела движутся относительно друг друга в воде в противоположных направлениях. В конечном счете, движения остальных частей тела вперед относительно воды больше, чем движения гребущих звеньев назад. И те и другие движения вызваны тягой мышц, направленной на движение против сил реакции воды.
Таким образом, создаваемая разность давлений влияет на величину лобового сопротивления и нормальной реакции воды, а в целом на полную реакцию воды и, следовательно, на тяговую силу.
Трение между телом и водой возникает вследствие неровностей поверхности тела и действия молекулярных сил сцепления. Сила трения влияет на лобовое сопротивление, а через него и на полную реакцию воды.
С повышением скорости тела относительно воды, увеличением площади лобового сечения, ухудшением обтекаемости увеличивается полная реакция воды. [3]
Механизм динамического взаимодействия пловца с водой.
При выполнении гребковых движений создается разность встречных и попутных реакций воды, что позволяет продвигать тело пловца вперед относительно гребущих звеньев и стенки бассейна.
В наиболее быстрых гребковых движениях (рукой в кроле) скорость их примерно в 3 раза выше, чем скорость продвижения тела вперед. Поперечное сечение гребущих звеньев меньше, чем у тела пловца, но разница в скоростях вследствие квадратичной зависимости от них реакции воды обусловливает силы тяги более значительные, чем силы сопротивления.
При всех гребковых движениях (за исключением движений ног в кроле) гребущие звенья движутся относительно остальных частей тела назад. Это значит, что остальные части тела движутся относительно гребущих звеньев вперед. В начале гребкового движения пловец плывет по дистанции с известной начальной скоростью. Вследствие гребка туловище продвигается вперед со скоростью большей, чем начальная. Гребущие звенья движутся относительно туловища назад и проходят в воде путь назад от места начала гребка. При этом они движутся относительно туловища быстрее, чем относительно воды.
Таким образом, механизм динамического взаимодействия пловца с водой основан на изменениях сопротивления воды, вызываемых в первую очередь скоростью движения частей тела относительно воды.
Гребковые движения.