Силы сопротивления воды. Сопротивление трения, волновое сопротивление, сопротивление формы.

Вода оказывает сопротивление движущемуся в ней телу. Сила сопротивления воды действует навстречу телу и тормозит продвижение. При равномерном движении сопротивление пропорционально квадрату скорости и квадрату линейных размеров тела. При неравномерном движении – а именно таков характер движений внутри каждого цикла – приходится дополнительно преодолевать инерцию тела и инерцию окружающей его водной среды. Гидродинамическое сопротивление обусловлено действием на движущееся тело сил трения и давления. Сила трения направлена по касательной к поверхности тела, сила давления – перпендикулярна к ней.

Сопротивление трения. Возникновение сопротивления трения обусловлено вязкостью воды и проявляется в слоях непосредственно прилегающих к телу. Этот прилегающий к телу слой воды получил название пограничного слоя (рис. 8). У поверхности тела частицы воды движутся с той же скоростью, что и тело. По мере удаления от тела скорость движения частиц воды снижается до 0 м/с. Если частицы воды движутся, не смешиваясь, без завихрений, то такой вид течения жидкости в пограничном слое называется ламинарным. Если слои воды смешиваются, то образуются завихрения – такой вид течения жидкости в пограничном слое называется турбулентным. В турбулентном слое тело испытывает большее сопротивление, чем в ламинарном.

Волновое сопротивление. При движении тела пловца вблизи свободной поверхности возникает волновое сопротивление. Оно появляется при давлении передней части тела на воду, вызывая подъем и спад воды с различным изменением формы ее поверхности, от которой образуются расходящиеся и поперечные волны.

Если посмотреть на пловца сбоку, то можно видеть, что у линии головы и плеч поднимается передняя волна. Следующая волна поднимается сзади. Впадина между передней и задней волнами расположена примерно у поясницы. Выделяют систему расходящихся волн и систему поперечных волн. Гребни расходящихся волн расположены по отношению к диаметральной плоскости под углом 40. Линии, проходящие через начало косых волн, составляют угол примерно 20 к диаметральной плоскости. При медленном плавании волны практически не видны. С увеличением скорости движения волны выделяются все более и более отчетливо.

Исследования показали, что доля волнового сопротивления в общем, гидродинамическом, сопротивлении возрастает с увеличением скорости. При скорости меньше 2 м/с доля волнового сопротивления составляет порядка 10–15 %, на скоростях более 2 м/с эта доля возрастает до 25 % и выше. При выполнении гребковых движений положение тела пловца непрерывно меняется, что также сказывается на волнообразовании, увеличивая его. Неблагоприятное влияние волнообразования проявляется еще и в том, что если скорость пловца по каким-то причинам меняется, например, замедляется, волны уходят вперед, отражаются от стенки бассейна и движутся навстречу, создавая дополнительное сопротивление. Аналогичная картина наблюдается, если два пловца плывут рядом с различной скоростью.

Сопротивление формы обусловлено особенностями геометрии тела пловца и является еще одним компонентом пассивного сопротивления (но может быть и частью активного сопротивления). Его величина зависит от плотности воды, формы и площади поперечного сечения тела и пропорциональна квадрату скорости. Наибольшая площадь поперечного сечения, перпендикулярная потоку, у взрослого спортсмена в горизонтальном положении с вытянутыми вперед руками составляет 0,070–0,095 м².

Когда тело движется в водной среде, силы сопротивления среды действуют на тело в направлении строго назад. Эти силы составляют сопротивление формы. Когда встречный поток взаимодействуют с телом, он направляется в стороны и следует вдоль контура тела. Если тело обладает обтекаемой формой, водный потокдвижется почти беспрепятственно вдоль тела. Если же форма не является обтекаемой, как форма руки, подставленной перпендикулярно потоку, вода не может плавно обтечьтакое препятствие, и происходит отрыв потока с образованием вихревых «карманов» и воронок позади тела (руки). Этот вид сопротивления тем больше, чем выше скорость плавания. Вместе с тормозящим эффектом, оказывающим на тело пловца, сопротивление формы вносит вклад в создание подъемной силы, а также продвигающих сил, создаваемых кистью и предплечьем в гребковых движениях. Сопротивление формы увеличивается, если положение тела пловца отклоняется от горизонтального (приподнимание головы, вертикальные движения туловища). Это ведет к периодическому увеличению площади поперечного сечения и, соответственно, к снижению скорости плавания.