Плавание, с позиций гидродинамики, — это перемещение в жидкой среде за счет опоры о субстанцию, плотность которой в 1000 раз больше плотности воздуха, что определяет значительно большее при плавании сопротивление движению и соответственно меньшую скорость, чем в естественных для человека условиях перемещения в газообразной среде за счет опоры о неподвижную и твердую субстанцию, как, например, при беге.
Повышение скорости плавания связано с возрастанием движущей силы за счет более эффективной опоры пловца о воду и уменьшения сопротивления продвижению его тела.
Сила сопротивления воды пловцам, как и любым движущимся в ней телам, направлена противоположно их движению, а ее величина зависит от формы тела занимаемого им пространства и скорости его движения.
Лучшему пониманию характера влияния этих факторов будет способствовать анализ «поведения» потока воды при встрече с каким-либо твердым объектом. До такой встречи молекулы воды двигаются равно-мерным, плавным, т. е. ламинарным потоком, после нее их движение приобретает вихревой характер. При встрече ламинарного потока с телом пловца движение молекул искривляется и они как бы выталкиваются в различных направлениях и с разной скоростью, образуя турбулентный поток. Причем хаотично движущиеся молекулы, проникая в соседние ламинарные потоки, сталкиваясь с их молекулами и вызывая искривление их движения, превращают в вихреобразные и эти потоки. Таким образом турбулентными становятся все новые потоки. «Завихряющаяся» вода оказывает на тело пловца значительно большее давление впереди него, где потоки более ламинарны и соответствующий перепад в давлении существенно тормозит пловца.
Сопротивление прямо пропорционально степени турбулентности. Тело пловца как бы проделывает отверстия в воде, но они заполняются постепенно и поэтому ламинарный поток восстанавливается не сразу. Позади пловца создается своеобразный вакуум, в котором стремительно и хаотично движется часть молекул воды, создавая ее завихрения, но, поскольку такими завихрениями охвачена относительно малая часть молекул воды, сопротивление, вызванное этими потоками, незначительно. Зона высокого давления перед пловцом толкает его назад, зона низкого давления позади него тянет его назад. При этом чем сильнее турбулентность, тем больше площадь завихрений и соответственно — сопротивление движению и снижение скорости плавания.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ФОРМЫ
Наименьшее сопротивление испытывают продольные и суженные, т.е. обтекаемые объекты. Это сильно увеличивает площадь завихрений и приводит к значительному снижению давления позади объекта. Возникающая при этом разница давления впереди и позади объекта очень снижает скорость движения.
Этим объясняется, почему объекты, хорошо движущиеся в жидкой среде, как впрочем и в газообразной, где действуют аналогичные принципы, всегда имеют обтекаемую, суженную и продольную форму.
Обтекаемая форма тела характерна и для пловцов высокого класса.
Сопротивление воды обусловлено не только формой движущегося в ней объекта, но и занимаемым им пространством. Пространство в свою очередь характеризуется вертикальным и горизонтальным компонентами. Для вертикального компонента характерна разница глубины погружения противоположных концов тела. Используя применительно к плаванию брассом и баттерфляем распространенную терминологию, можно сказать: чем меньше пловец «ныряет», тем меньшее сопротивление он преодолевает. Горизонтальный компонент характеризует амплитуда движений относительно поперечной оси, т.е. в боковых направлениях. При этом чем меньше пловец «виляет» из стороны в сторону , тем меньше площадь потоков воды, направление которых изменяет его тело, и преодолеваемое им сопротивление. Причем постепенное рас-ширение потока позволяет расталкивающимся в стороны молекулам в основном не изменять направления движения и при этом «возмущать» лишь небольшое количество потоков воды, вызывая в целом незначительную турбулентность. Ее снижению за счет уменьшения площади завихрений способствует и суженный конец объекта. Молекулы воды отталкиваются от него хаотично, возмущая большое количество соседних потоков, вызывая значительную турбулентность и соответствующее сопротивление. Квадратная задняя часть объекта вызывает дли¬тельное разделение потоков воды даже после того, как они его минующую силу не позволяет пловцу сохранять положение тела, при котором сопротивление наименьшее. При плавании кролем на груди и на спине неизбежны повороты туловища вправо и влево, а при плавании баттерфляем и брассом — волнообразные движения вверх — вниз . Высокое техническое мастерство пловца предполагает обтекаемое и вместе с тем способствующее эффективному развитию движущей силы положение тела. Практически это сводится к достаточно глубоким для эффективного продвижения, но не очень увеличивающим сопротивление движениям ног и достаточным для развития значительной движущей силы, но не приводящим к «вилянию» поворотам туловища. Иллюстрируют нецелесообразность противоположного варианта. Положение тела спортсменки, плывущей на спине, очень неудачно .Ее голова находится слишком высоко, а бедра чересчур низко. А у спортсмена, плывущего на спине, положение тела более выгодное. Голова расположена почти горизонтально и лишь немного согнута в шее, а ноги на глубине, позволяющей выполнять эффективные движения. Иллюстрирует тот факт, что к «вилянию» при плавании кролем на спине приводит слишком широкий или узкий вход руки в воду. Повороты туловища относительно его продольной оси неизбежны, поскольку при выполнении гребка одной рукой другая выполняет пронос и туловище поворачивается из стороны в сторону, следуя за движением рук. Естественно, эти повороты не должны быть слишком резкими, чтобы не привести к «заваливанию» на бок. Вместе с тем и попытка их ограничить привела бы к толчкам тела гребковыми движениями из стороны в сторону и сильному «вилянию».
