Pływalność

Archimedes zjawisko wyporu wody ujął następująco:

ciało zanurzone w cieczy traci pozornie na ciężarze tyle, ile waży ciecz wyparta przez to ciało.

Na skutek działania tego prawa ciało pływaka, w zależności od poziomu zanurzenia, waży 1-3 kg. Co ma ogromne znaczenie praktyczne.

Ciężar ciała człowieka zanurzonego w wodzie zależy głównie od budowy morfologicznej, a ściślej od gęstości jego ciała. W rozważaniach nad technika pływania przyjmuje się zwykle stała wartość gęstości wody:

d = 0.9997 ~1 g/cm³

Ciało pływaka unosi się na powierzchni wody, gdy gęstość jego ciała jest poniżej tej wartości. Mówimy wówczas, ze posiada pływalność, czyli zdolność do unoszenia się na powierzchni wody. Gęstość ciała ludzkiego waha się na ogól od 0.97 do 1.06 g/cm3. średnia gęstość ciała podwyższają kości (d=1.870 g/cm³) i mięśnie, a obniża tkanka tłuszczowa(0.925 g/cm³)

Gęstość ciała człowieka (a wiec i jego pływalność) zależy od:

• rozwoju kośćca, tkanki mięśniowej i tłuszczowej (stad u dorosłego mężczyzny

obserwujemy na ogól wyższą gęstość ciała aniżeli u dzieci i kobiet).

• pojemności życiowej płuc (przy wdechu zwiększa się znacznie objętość klatki piersiowej, co przyczynia się do zmniejszenia gęstości ciała. W praktyce obserwujemy, że przy pełnym wdechu, każdy człowiek wypływa na powierzchnie wody. Wykorzystując to zjawisko we wstępnym etapie nauczania pływania szerokie zastosowanie maja tzw. ćwiczenia wypornościowe.

Oporność wody

Pęd ciała pływaka w przód stwarza zaburzenia w ciśnieniu wody na przednią,

część ciała. Na skutek tego zjawiska powstaje opór czołowy, który działa przeciwnie do kierunku poruszania się jego ciała. Wielkość tego oporu zależy od:

kształtu i przekroju poprzecznego ciała

prędkości poruszania się pływaka

gęstości i temperatury wody. Gęstość wody jest 770 razy większa niż powietrza (0.00129 g/cm³). Opór wody maleje prawie o 7 procent przy wzroście temperatury wody z 18 do 24° C. Dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, ze ciało pływaka ze wzrostem temperatury wody staje się bardziej elastyczne i przyjmuje bardziej opływowy kształt.

Wielkość oporu czołowego (D) można obliczyć ze wzoru:

D = 1/2 C_D q S v²

gdzie:

q - gęstość wody S - wielkość powierzchni oporującej

Co - współczynnik kształtu v - prędkość holowania

Największe trudności sprawia określenie współczynnika Co bo wymaga znajomości powierzchni S, co nie jest takie proste ze wzglądu na niepełne zanurzenie ciała pływaka. Przybliżona wartość tego współczynnika można ustalić, przeciągając pływaka w pełnym zanurzeniu. I wówczas przyjmując, ze

S = 0,1m²

i korzystając z nachylenia prostej:

D/ V^{2 =} 36N s²/m²

otrzymujemy współczynnik C = około 0.7.

Poznanie wartości oporu D jest niezbędne, gdy chcemy określić wielkość wysiłku pływaka. Wymaga to jednak umiejętności wyznaczania wkładanej przez jego organizm energii lub mocy.

Pozycja ciała plywaka a opór wody

Zaburzenia ciśnienia wody są szczególnie widoczne w okolicach głowy, ramion i bioder. Każde zaburzenie ciśnienia tworzy fale, które kierują się ku powierzchni wody. Zbyt duże uniesienie głowy i ramion nad powierzchnie obniża położenie bioder i nóg, a to wpływa na zwiększenie oporu D.

Na wielkość oporu wody mają wpływ nawet najmniejsze zmiany kształtu ciała. Najbardziej opływową formę ciało plywaka przyjmuje w pozycji tzw. poślizgu, jest to punkt odniesienia dla wartości oporów występujących w innych położeniach ciała plywaka.

Rycina 2 przedstawia dane badan Onoprijenki [1979], które wskazują na ogromna zależność oporu wody od pozycji ciała pływaka. Przeciągając model człowieka

z prędkością 2 m/sek. w 12 wybranych pozycjach Onoprijenko stwierdzili duże

zróżnicowanie wartości oporu wody. Szczególnie duży procentowy wzrost oporu

w odniesieniu do poślizgu obserwujemy w pozycjach ciała 5-7 i 10-11.W położeniach

5-6 określono zależność siły oporu wody od stopnia nachylenia tułowia (kąta

ataku) do powierzchni wody. Okazało się, ze do 5°, z każdym stopniem nachylenia

tułowia przy prędkości 2 m/sek., opór wzrasta o 0.38 kg, od 5° do 18° o 0.53kg, a od 18° do 36° o 0.63 kg. W położeniach 8-11 przedstawiono zależność oporu wody od stopnia ugięcia nóg w stawach biodrowych i kolanowych. Zbytnie ugięcie nóg w stawach biodrowych i kolanowych, np. u początkującego żabkarza (ryc. 2-10), prowadzi do zwiększenia przekroju poprzecznego ciała, a to z kolei do nadmiernego wzrostu oporu wody.

Opór tarcia

Na wielkość oporu wody u plywaka wpływ ma też opór tarcia - powstający na skutek tarcia miedzy cząsteczkami wody i poruszającym się pływakiem, a który zależy od:

• powierzchni ciała,

• gęstości i lepkości wody,

• rodzaju kostiumu pływackiego.

• gładkości ciała (nacieranie ciała różnymi substancjami zmniejszającymi opór, golenie, ubiór itp.)

• stopienia oddalenia pływaka od ściany pływalni

Opór wirowy

Strumienie wody po opłynięciu ciała plywaka rozszczepiają się i tworzą wiry.

W efekcie obserwujemy zjawisko, które wśród praktyków zwane jest często "ssaniem

ogonowym". Zjawisko to przyczynia się do powstania ujemnego ciśnienia w okolicach stóp i wpływa hamująco na ruch postępowy ciała plywaka.

Opór wirowy jest stymulowany przez przyspieszenie wody, która w innym układzie popłynęłaby do tylu. Różnica ciśnień powoduje wciąganie cząstek wody pod ciało plywaka w formie hamujących zawirowań, na których wielkość ma wpływ:

• nieodpowiednie położenie ciała

• niedoskonałość techniki

• budowa ciała (kształt - szczupłe nogi i wąskie biodra, czyli bardziej opływowy kształt ciała)

Wielkość oporu wirowego wody można określić przez obliczenie różnicy pomiędzy zwiększonym ciśnieniem wody na przednią część ciała a zmniejszonym ciśnieniem z tylu ciała plywaka.

---