Силы сопротивления воды при движении тела.

Динамическое взаимодействие тела с водой зависит от скорости движения тела относительно воды и обусловлено наличием в ней сил внутреннего трения и давления. Сила давления во много раз превышает значение сил трения в той области гидродинамических явлений, с которой имеет дело биомеханика спортивного плавания.

Распределение давления в потоке отличается от его распределения в покоящейся жидкости. При движении тела, например пластинки, в потоке на поверхности той части тела, на которую направлен поток (на лобовой поверхности), образуется область повышенного давления. Позади тела (на его тыльной поверхности), где возникает беспорядочное движение воды, давление падает. Величина перепада давлений между лобовой и тыльной поверхностями пластинки обуславливает сопротивление воды R .

Силу сопротивления воды движущемуся телу можно измерить экспериментально или по формуле:  R= CSpV2

где R - сила сопротивления (воды), H* ,С - безразмерный коэффициент сопротивления (определяется опытным путем), S - площадь поверхности или площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную к направлению движения, м2, р - плотность воды, кг/м3, V - скорость потока относительно тела, м/с.

Сила сопротивления воды, характеризуется не только своим значением, но и направлением в пространстве и точкой приложения. В тех случаях, когда вектор силы R направлен под углом к движению, его условно можно представить в виде двух составляющих: одной ( Rx), направленной вдоль потока, и другой (Ry), направленной перпендикулярно потоку. Первая составляющая носит название лобового сопротивления, вторая - подъемной силы (или нормальной составляющей). В зависимости от направления потока направление векторов лобовой и подъемной силы меняется.

Опорные звенья руки имеют в своей основе костные рычаги. Соединенные неподвижно в суставах и дополненные мышечными тягами, они образуют своеобразные биодинамические цепи (например, "плечо - предплечье - кисть"). Во время гребка звенья цепи изменяют свое взаимное расположение, оставаясь сравнительно жестко фиксированными в местах соединений. Благодаря этому силы передаются от одного звена к другому наиболее рационально, движения могут суммироваться, увеличивая скорость дистального звена цепи.

Гребок выполняется с активным сгибанием и разгибанием руки в локтевом суставе. К рабочему движению плеча добавляется активное движение предплечьем и кистью. Это позволяет: 1) создавать более благоприятные анатомические условия для сокращения мышц предплечья, плеча, туловища, подключать к гребковому движению дополнительные мышцы; 2) без задержки выводить кисть и предплечье в положение, наиболее выгодное для опоры в воду, увеличивать угловую и линейную скорость кисти; 3) обеспечивать рациональную по длине и форме траекторию движения кисти; 4) придавать руке необходимую жесткость; 5)выполнять гребок со скоростью, соответствующей индивидуальным возможностям пловца и оптимальному ритму движений. Наконец, сгибая и разгибая руку в локте, пловец направленно изменяет соотношение плеч сил, приложенных к разным концам костного рычага.

Характер движений, траектории и ориентации опорных звеньев ног.

Полезные гидродинамические силы образуются на стопе за счет движений ногами, имеющих выраженный захлестывающий характер сверху-вниз или снизу-вверх. Пространственная траектория стопы приобретает форму винтовой линии, стопа взаимодействует с потоком под острым углом, отталкиваясь от нее своей тыльной поверхностью. В силах опорной реакции доминирует вертикальная составляющая. Нога работает по типу волнового движителя, что требует хорошей подвижности стоп (особенно в их подошвенном сгибании) и тонкой согласованности движений бедра, голени и стопы как упругой биодинамической цепи.

Рабочие движения ногами начинаются с ускорения одного из наиболее массивных звеньев тела - бедра (масса бедра составляет в среднем 14,2% от общей массы тела). В это время голень и стопа занимают рациональное для опоры в воду положение. Затем к удару активно подключаются дистальные звенья ноги. Импульс движения, возникший на бедре, передается на голень, затем - на стопу. Происходит суммирование движений, последовательное наращивание амплитуды, угловой и линейной скорости дистального звена цепи. Такое действие с ярко выраженным опережающем движением бедра по отношению к голени и стопе получило название захлеста.

Захлест повышает эффективность движений ногами. В заключительный момент захлестывающего движения происходит энергичное и полное разгибание ноги в коленном суставе. Импульс движущих сил рационально передается через жестко связанную цепь звеньев на таз и туловище в направлении вперед. Затем бедро активно выводится к поверхности воды в хорошо обтекаемое положение, мышцы-разгибатели бедра выключаются из работы, а сгибатели начинают разгон бедра в обратном положении.