что означает статическое плавание
Статическое плавание
С гидростатической точки зрения механизм статического плавания напрямую связан с законом Архимеда. В соответствии с ним, любое тело, погружённое в воду, имеет тенденцию принимать такое положение в жидкости, при котором его центр тяжести располагается на одной вертикальной линии с центром приложения архимедовой силы. У человеческого тела центр тяжести, как правило, располагается на уровне первого-второго крестцовых позвонков, а центр геометрического объёма на несколько сантиметров ближе к голове. Из-за этого у человека, неподвижно лежащего на воде с руками вдоль туловища, ноги самопроизвольно стремятся опуститься вниз пока тело не примет вертикальное положение, а центр тяжести не окажется над центром объёма. Как правило, для того, чтобы достичь устойчивого горизонтального равновесия вполне достаточно завести прямые руки за голову, при этом центр тяжести тела переместиться ближе к голове и приблизиться к центру приложения архимедовой силы. Если этого недостаточно и ноги продолжают тянуть вниз, то из воды можно немного высунуть кисти рук. Если найти необходимый баланс, то тело в чуть наклонном положении сможет отдыхать неподвижно и расслаблено.
Аналогичного эффекта иногда можно добиться немного сгибая ноги в коленях, широко разводя их или раскидывая руки в стороны. Однако, положение тела со «свесившимися» ногами не является естественным и в нём трудно достичь полного расслабления мускулатуры.
Связанные понятия
Пулло́вер (от англ. pull over — «тащить сверху», «надевать сверху») — физическое упражнение в бодибилдинге, нагружающее сразу две большие мышечные группы: грудные (подчёркивает верх) и широчайшие мышцы спины по всей длине (верх и низ); без изоляции данного упражнения в блочном тренажёре в работу включается ещё и длинный пучок трицепса. Остальные мышцы принимают незначительное участие в работе.
Визуальным полем является «пространственный массив зрительных ощущений, доступный для наблюдения в интроспекционных психологических экспериментах» Визуальное поле иногда путают с полем зрения. Поле зрения всё, что в данный момент времени вызывает падение света на сетчатку. Этот вход обрабатывается зрительной системой, которая вычисляет визуальное поле в качестве выхода.
СТАТИЧЕСКОЕ ПЛАВАНИЕ
Глава 6. ОСНОВЫ ТЕХНИКИ СПОРТИВНОГО
ПЛАВАНИЯ
Под техникой спортивного плавания следует понимать наиболее рациональные способы выполнения соревновательных действий, обеспечивающих эффективное продвижение пловца вперед в воздухе, на поверхности воды и под водой. В процессе спортивного совершенствования техника плавания постоянно развивается. Изменяется форма, характер и взаимосвязь плавательных движений, уровень совершенства которых определяется степенью развития функциональных и психических качеств спортсмена.
Для постановки у пловцов наиболее рационального стиля техники спортивного плавания, дальнейшего совершенствования и обоснования отдельных деталей плавательных движений тренеры должны знать основные закономерности гидростатики и гидромеханики, анатомии и физиологии, биомеханики и психологии. Эти знания позволяют более эффективно формировать навыки современной техники, моделировать индивидуальные принципиально новые варианты спортивных способов плавания, проверять правильность применяемых приемов и методов обучения и тренировки, обоснованно подходить к исправлению ошибок у занимающихся.
В зависимости от способа плавания положение тела на воде, техника дыхания и характер двигательной координации у пловцов различны. Люди, не умеющие плавать и впервые попавшие в воду, прибегают к наиболее простым движениям, напоминающим ползанье. Координация движений при таком плавании наиболее близка к перекрестно-реципрокному типу. При плавании же спортивными способами основные формы перекрестно-реципрокной координации перестраиваются и развиваются новые, более эффективные и экономичные формы плавательных движений.
Способы плавания делятся на спортивные и неспортивные. К спортивным способам относятся: кроль на груди, кроль на спине, брасс на груди и баттерфляй (дельфин). Эти способы появились в результате усовершенствования неспортивных, самобытных стилей плавания.
ВОДА И ЕЕ СВОЙСТВА
Вода – жидкость, которая представляет собой устойчивое химическое соединение водорода с кислородом (Н2О). По своим физическим свойствам (вязкость, плотность, удельный вес, сжимаемость, теплоемкость и теплопроводность) она существенным образом отличается от воздуха. В пресной и, особенно, морской воде содержится большое количество растворенных солей. Так, речная вода содержит 0,46 г, воды Балтийского моря – от 3 до 8 г, Черного – до 20 г, а воды Тихого, Атлантического и Индийского океанов – до 35 г солей на 1 л.
Кроме солей в воде растворены кислород, азот, углекислота, а также большое количество взвешенных частиц, от которых зависит вязкость, удельный вес и прозрачность воды.
Вязкость воды (или внутреннее трение) – это свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости (или частиц) относительно другой, а также перемещению в среде твердого тела. Вязкость воды невелика.
Плотность воды измеряется отношением ее массы к объему. При температуре +4°С плотность пресной воды составляет 1000 кг/м 3 (морской –1010–1030 кг/м 3 ). Вода в 475 раз плотнее воздуха. В зависимости от температуры плотность воды меняется незначительно. Это изменение учитывается только при точных расчетах.
Сжимаемость воды крайне незначительна. При давлении до 500 атм она сжимается лишь на 1/47-миллионную часть своего объема. В результате сжатия (покоящаяся жидкость сжимается под действием собственного веса и атмосферного давления) в воде возникают силы гидростатического давления, возрастающие по мере погружения в глубину.
Теплоемкость и теплопроводность воды значительно отличаются от теплоемкости и теплопроводности воздуха. Теплоемкость воды, например, в 4 раза, а теплопроводность в 25 раз больше, чем воздуха. Теплоотдача в воде идет интенсивнее, чем на воздухе. Даже теплая вода вызывает охлаждение.
Понижение температуры тела вызывает ответную реакцию организма, которая сопровождается увеличением теплопродукции. В результате этого суживаются кожные кровеносные сосуды, учащается дыхание, повышается артериальное кровяное давление, усиливаются мышечный тонус и обмен веществ.
Если теплопотери значительно превышают теплообразование, температура тела быстро снижается и наступает переохлаждение организма. Это надо учитывать при организации занятий по плаванию.
СТАТИЧЕСКОЕ ПЛАВАНИЕ
Под статическим плаванием понимается такое состояние тела, при котором действующие на него силы не нарушают его покоя и равновесия.
При погружении в воду на любое тело действуют две противоположно направленные силы: сила тяжести тела – Q и выталкивающая сила жидкости – Р. Действие этих сил подчинено 3-му закону Ньютона.
 Рис. 12. Силы, действующие на пловца при статическом плавании |
Сила тяжести тела постоянна по величине (это собственный вес тела), она приложена к общему центру тяжести и направлена вертикально вниз. У человека общим центром тяжести (ОЦТ) является точка приложения равнодействующей всех сил тяжести (рис. 12). Расположен он в области малого таза впереди крестца (1–5-й крестцовые позвонки).
Выталкивающая сила (сила плавучести или давления) по закону Архимеда равна весу воды, вытесненной телом; направлена она вертикально вверх. Точка приложения этой силы (равнодействующая всех сил гидростатического давления на поверхность погруженного в воду тела) называется центром плавучести или центром давления (ЦД). У человека ЦД обычно располагается выше ОЦТ на 2–6 см (по направлению к голове).
При взаимодействии силы тяжести и силы давления тело может тонуть, всплывать на поверхность или находиться в равновесии. В случае, когда вес тела больше веса вытесненной им воды, оно будет тонуть (отрицательная плавучесть). Если же вес вытесненной жидкости больше собственного веса тела, то последнее будет плавать (положительная плавучесть). При равенстве силы тяжести и выталкивающей силы тело будет находиться в состоянии покоя и полного равновесия (нулевая плавучесть).
Плавучесть человека зависит от удельного веса тела и воды. У человека удельный вес тела колеблется в среднем от 0,967 до 1,057. Эти колебания зависят в основном от степени наполнения легких воздухом. При полном вдохе удельный вес тела становится, как правило, меньше единицы. При умеренном вдохе он колеблется в пределах единицы, а при полном выдохе превышает ее. С учетом колебания удельного веса построены некоторые подготовительные упражнения для освоения с водой («поплавок», «скольжение» и др.).
Величина удельного веса тела человека, а следовательно, и плавучесть, зависят также от размеров и удельного веса костей, размеров грудной клетки, жизненной емкости легких и жировой прослойки. Большой удельный вес костей уменьшает плавучесть тела, а наличие жировой прослойки и большая жизненная емкость легких уменьшают удельный вес и увеличивают плавучесть. Женщины и дети, как правило, обладают лучшей плавучестью, чем мужчины: женщины – за счет большей жировой прослойки, дети – за счет меньшего веса костей и сравнительно большой для их веса жизненной емкости легких, что и способствует достижению высоких спортивных результатов в детском и юношеском возрасте.
Плавучесть тела зависит и от плотности воды. В морской воде плавучесть несколько увеличивается, в результате чего тело пловца на воде занимает более высокое положение, сопротивление при плавании уменьшается.
При горизонтальном положении тела пловца на поверхности воды в связи с тем, что сила тяжести и сила давления приложены к различным точкам и направлены в противоположные стороны, пловец будет поворачиваться в вертикальное положение вниз ногами до тех пор, пока ЦД не будет расположен выше ОЦТ и на одной с ним линии (см. рис. 12).
Равновесие в горизонтальном положении на воде достигается вытягиванием рук вперед, сгибанием и разведением ног в стороны, группировкой пловца. Эти приемы вызывают сближение ОЦТ и ЦД или совмещают их в одной точке, что замедляет или исключает вращение тела.
Закономерности статического плавания необходимо использовать при обучении военнослужащих технике спортивного и военно-прикладного плавания.
Основные физические законы для водной среды
Основные физические законы для водной среды
Известно, что главным фактором, определяющим технику плавания, являются некоторые физические законы, в частности законы гидростатики и гидродинамики.
Под статическим плаванием следует понимать такое плавание, при котором на тело человека, находящегося в воде без движений, действуют две силы: сила тяжести (вес тела), направленная вниз, и подъемная сила воды, действующая кверху.
В зависимости от соотношения силы тяжести (FT) и подъемной силы воды (FB) могут быть три случая положения тела в воде: а) если FT больше, чем FB, то тело тонет; б) если FT равно FB, то тело находится в нейтральном положении (состояние равновесия); в) если FT меньше, чем FB, то тело всплывает на поверхность воды.
У человека различают вертикальную и горизонтальную плавучесть. При вертикальной плавучести силы FT и FB расположены вдоль продольной оси тела, а при горизонтальной они перпендикулярны к этой оси. Горизонтальная плавучесть оказывает положительное влияние на технику плавания.
Плавучесть зависит от удельного веса тела человека.
Обычно удельный вес тела человека при полном вдохе составляет 0,97, при полном выдохе-1,2, а при нормальном вдохе соответствует удельному весу воды, т. е. не превышает 1,0.
На плавучесть тела человека оказывает большое влияние степень погружения частей тела в воду. Наибольшая плавучесть наблюдается тогда, когда тело человека погружено в воду. В этом случае подъемная сила давления воды будет максимальной. Если пловец поднял из воды голову или руку, то он уменьшил подъемную силу воды на величину веса воды, объем которой равен объему головы или руки. Так как вес тела есть величина постоянная, не зависящая от степени погружения частей тела в воду, то вес руки или головы будет той силой, которая в данном случае уменьшит плавучесть и будет способствовать движению всего тела вниз.
Именно поэтому в спортивном плавании поворот или поднимание головы для вдоха, а также пронос рук над водой произ Равновесие тела
Если между ОЦТ и ОЦП по горизонтали имеется расстояние, равное L, то при равенстве сил FT=FB=F на тело будет действовать момент пары сил M=>FL. Этот момент будет вращать тело человека до тех пор, пока оно не примет вертикального положения.
Значит, для того чтобы тело пловца находилось в состоянии горизонтального равновесия, необходимо, чтобы момент пары сил обращался в нуль при горизонтальном положении тела. Этого возможно достигнуть лишь в тех случаях, когда ОЦТ и ОЦП совпадут или будут находиться в непосредственной близости друг от друга (1-2 см). В последнем случае момент пары сил будет незначительным и им можно пренебречь.
Следует особо отметить, что искусственное сближение у пловца ОЦТ и ОЦП за счет изменения положений конечностей и перегруппировки мышечных напряжений не приводит к положительным результатам, так как в технике плавания воспользоваться указанными действиями для достижения равновесия тела под влиянием статических сил не представляется возможным. Поэтому пловцы с «тяжелыми» ногами могут сохранять горизонтальное положение тела на поверхности воды за счет дополнительных мышечных усилий, развиваемых ногами пловца при поступательном движении.
Таким образом, для спортивного плавания необходимо отбирать таких людей, у которых была бы ярко выражена горизонтальная устойчивость тела (постоянное или длительное равновесие).
Динамическим плаванием называется поступательное движение пловца, при котором на его тело действуют четыре силы: силы тяжести (FT), подъемная сила (Р), сила тяги (FTяги) и сила встречного сопротивления (R). Сила тяжести является постоянной гидростатической силой. Величины остальных трех сил меняются в зависимости от различных причин, которые рассматриваются ниже. Подъемная сила является результирующей: она состоит из рассмотренной ранее гидростатической подъемной силы воды и некоторых гидродинамических подъемных сил. Гидродинамическая сила встречного сопротивления возникает в результате поступательного движения пловца в воде, которая имеет большую плотность и вязкость. Основным условием динамического плавания является реакция опоры (воды), которая возникает на гребущей поверхности в результате движения конечностей. Эта реактивная сила и будет гидродинамической силой тяги.
Гидродинамическая сила встречного сопротивления воды не является постоянной. Она изменяется в зависимости от скорости продвижения пловца, его миделева сечения формы тела и плотности среды.
При движении пловца с равномерной скоростью общий закон сопротивления водной среды может быть выражен следующей формулой: R=1/2*CpSV 2
Формула показывает, что сопротивление воды возрастает, если ее плотность, т. е. масса частиц, заключенных в одной объемной единице, увеличивается. Такое сопротивление повышается по закону прямой пропорциональности: если плотность воды увеличить в 1,3 раза, то и сопротивление движению в ней человека увеличится в 1,3 раза. На величину встречного сопротивления оказывает большое влияние миделево сечение пловца, которое также изменяет сопротивление воды по правилу прямой пропорциональности: чем меньше величина миделева сечения, тем меньше величина встречного сопротивления. Это правило требует, чтобы тело пловца в любом способе плавания принимало горизонтальное положение, при котором миделево сечение будет минимальным. Однако, учитывая некоторые необходимые колебания тела пловца вокруг поперечной оси в пределах одного цикла движений, следует рекомендовать располагать тело на поверхности воды под определенными углами в зависимости от способов плавания, скорости движения пловца и его индивидуальных особенностей. Из формулы видно, что сопротивление воды изменяется пропорционально квадрату скорости движения пловца. Это значит, что если пловец увеличил скорость движения в 1,5 раза, то сопротивление воды возрастает в 2,25 раза. Известно также, что любое изменение скорости связано с появлением ускорения, которое приводит к возникновению дополнительной гидродинамической силы сопротивления (Рдоп=ma).
Указанная зависимость сопротивления от изменения скорости плавания приводит к выводу о том, что техника плавательных движений и методика подготовки пловца должна обеспечить ему проплывание всех отрезков дистанции с одинаковой скоростью и приблизить к равномерной скорость продвижения пловца внутри каждого цикла в любом способе плавания.
Рассмотренное выше гидродинамическое сопротивление воды возникает в результате действия двух видов сопротивлений: сопротивления трения и сопротивления нормального давления. Последнее слагается из вихревого и волнового сопротивления.
Сопротивление трения возникает в результате взаимодействия поверхности тела с водой, обладающей свойством вязкости. Существует два вида трения: внешнее и внутреннее.
Внутренним трением называется трение частиц воды между собой.
Свойство вязкости воды таково, что оно позволяет соседним слоям скользить относительно друг друга. Наибольшую скорость движения имеют те слои воды, которые располагаются ближе
к пловцу: здесь скольжение одного слоя относительно другого минимальное. По мере удаления слоев воды от поверхности тела пловца скольжение увеличивается, а скорость движения воды падает. В результате трения пловец приводит в движение около одного кубометра воды, непроизводительно расходуя определенное количество своей энергии.
Трение можно уменьшить, если принять более высокое положение тела на поверхности воды. Этого можно достигнуть за счет повышения эффективности гребковых движений, которые в свою очередь повышают скорость плавания. Кроме этого, в целях уменьшения трения пловцы тренируются и выступают в соревнованиях в плавательных костюмах, изготовленных из материала, имеющего малый коэффициент трения (шелк, капрон, водоотталкивающая ткань и др.).
Плавание. Сопротивление вихреобразования Вихревое сопротивление возникает в связи с разностью сил давления воды впереди и сзади пловца. Когда пловец перемещается в воде, то впереди него образуется область повышенного давления, в которой он приводит в движение частицы воды. На это затрачивается определенная часть его энергии. В это же время сзади пловца образуется область пониженного давления. Попав в область пониженного давления, частицы воды по закону трения «прилипают» на мгновение к нижней поверхности тела (ногам) и некоторое время движутся вперед. В следующий момент эта часть воды отрывается (отстает) от нижней поверхности тела и на ее место поступают новые порции воды, движущиеся непрерывно спереди назад. Далее они также изменяют направление движения на обратное и т. п. Для того чтобы непрерывно изменять направление движения этих частиц воды, т. е. преодолевать вихревое сопротивление, пловец должен затрачивать большое количество энергии.
Величина вихревого сопротивления зависит от скорости и формы тела. Проделаем следующий опыт. Возьмем неполный цилиндр (рис 3) и будем двигать его в воде с равномерной скоростью. Полученное сопротивление примем за единицу. Если закруглить передний конец у цилиндра и замерить его сопротивление при той же скорости, то оно уменьшится в 2,5 раза; если закруглить задний конец, то сопротивление будет в 3,5 раза меньше; если закруглить оба конца, то сопротивление уменьшится в 5 раз, а / если придать цилиндру сигарообразную форму, сохранив при этом миделево сечение, то сопротивление уменьшится в 25-30 раз.
Отсюда следует, что для уменьшения вихревого сопротивления необходимо улучшить обтекаемость тела пловца: определить оптимальные пределы положения тела на поверхности воды (углы «атаки»), правильный угол выноса рук вперед во время подготовительных движений, уменьшить выход ног из плоскости тела, найти оптимальный прогиб в пояснице и др.
Волны образуются под действием сил тяжести частиц воды в результате движения тела пловца, а также ударов по воде руками и ногами. В результате этих явлений частицы воды поднимаются выше обычного уровня ее поверхности и затем опускаются вниз. Для того чтобы поднять частицы воды выше уровня ее поверхности, пловец расходует часть своей энергии. Кроме того, он затрачивает энергию на преодоление волн и на удержание собственного равновесия в результате дополнительного раскачивания.
Таким образом, волновым сопротивлением называется та часть полного сопротивления воды, которая приходится на образование и преодоление волн.
Размеры волн зависят от формы тела, его колебаний, амплитуды движений руками и ногами, скорости движения тела, а также от глубины и размеров бассейна. Уменьшения волнового сопротивления можно достигнуть за счет создания наиболее устойчивого горизонтального положения тела, быстроты опускания рук в воду, уменьшения величины поднимания из воды ног, а также за счет нахождения оптимального темпа.
Плавание. >Подъемная сила и сила тяги Рассмотрим вопрос о возникновении подъемной силы и силы тяги при поступательном движении. Возьмем пластинку Подъемная сила и сила тяги» target=»_blank»>(рис. 4), которая имеет незначительную толщину (h->0), и поместим ее
Рассмотрим, как изменяются силы Rj, Fx, Fy и F Tp при различных значениях угла а.
1. Если угол а равен нулю, то Rj = 0. Следовательно, Fx=0 и Fy=0, а сила F TP =R. В этом случае отсутствует вихревое и волновое сопротивление.
2. Если угол а равен 45°, то Rj = F Tp =0,7R. Силы Fx=Fy= R/2
В этом случае наблюдается действие всех видов сопротивления: общее сопротивление значительно превышает его величину при угле а=0.
3. Если угол а равен 90°, то Rj=R, но так как Fy=0, то FX=R. В этом случае действует сила горизонтального давления, есть вихри и волны, а общее сопротивление является наибольшим.
Сопоставляя все три варианта положения пластинки, можно сделать вывод о том, что наилучшее положение ее при движении в воде будет такое, при котором она приближается к горизонтальному положению (угол а=3-5°), так как в этом случае будут действовать необходимая поддерживающая гидродинамическая сила, малая сила горизонтального давления и почти максимальная сила трения.
Теперь представим себе, что вместо пластинки в воде с помощью внешней силы тяги F тяги с равномерной скоростью движется человек. Тогда при горизонтальном положении на него, кроме силы трения, будет действовать отрицательная сила горизонтального давления Fx, которая возникает в связи с наличием у человека миделева сечения.
Теоретически горизонтальное положение пловца в воде будет наилучшим, так как сопротивление будет наименьшим, а плавучесть обеспечивается действием гидростатической подъемной силы. Однако в связи с наличием миделева сечения и наклоном нижней поверхности тела положение пловца в воде определяется положительными (а в отдельных случаях и отрицательными) углами «атаки», которые колеблются в пределах от 0 до 12° и обеспечивают постоянное действие гидродинамической подъемной силы.
Сила тяги при гребке прямой рукой» border=»0″ align=»left» border=»0″ vspace=»5″ hspace=»17″>Плавание. Сила тяги при гребке прямой рукой Мы рассмотрели силы сопротивления, возникающие при движениях пластинки и пловца в результате действия внешней силы тяги. Однако пловец в воде передвигается за счет движений конечностей, работу которых обеспечивают мышечные силы. При движении конечностей в воде на их поверхностях появляются реактивные силы, действующие в противоположном направлении движению конечностей и продвигающие тело пловца вперед.
Рассмотрим, как возникает сила тяги при гребке прямой рукой (рис. 5). Наибольшее сопротивление при движении руки в воде испытывает кисть, так как она по отношению к плечевому суставу движется с наибольшей скоростью. Если учесть при этом, что сопротивление возрастает в квадрате к изменению скорости движения кисти, то станет ясно, почему кисть является основной гребущей поверхностью.
В середине гребка вся реактивная сила становится равной силе тяги Fтяги. В конце гребка реактивная сила R состоит из силы тяги и топящей силы (К).
Поскольку пловец постоянно испытывает действие подъемных сил, возникающих на основании закона Архимеда, а также в связи с действием встречного сопротивления (при положительном угле «атаки»), ему следует во время гребков обеспечить увеличение силы тяги (Ттяги) и уменьшить действие подъемной и топящей сил. Такая задача решается путем сгибания руки в локтевом и лучезапястном суставах. В этом случае кисть руки движется в воде поступательно на более длинном участке гребка, обеспечивая на этом отрезке пути действие лишь одной силы тяги.