Силы, вызывающие плавание способом "кроль на спине", их происхождение и взаимодействие

Кроме того, следует учесть, что в случае, когда ОЦТ тела пловца расположен по вертикали выше, чем центр объема погруженной части тела, возникает неустойчивый вид равновесия: малейшее отклонение вызовет поворачивающую пару сил. На условия равновесия влияют также дыхательные движения, изменяющие объем тела.

Таким образом, плавучесть тела, уравновешивание его в воде зависит от множества причин.

Человек, умеющий плавать, удерживается на воде не только вследствие "пассивной плавучести", но и благодаря многим автоматическим малозаметным движениям, изменяющим условия статической плавучести и добавляющим действие подъемных сил. [3]

Динамическое взаимодействие тела пловца с водой.

Силы давления и трения в потоке.

Динамическое взаимодействие при относительном движении пловца и воды обусловлено разностью давлений, а также трением между телом и пограничными слоями воды.

Разность давлений при движении тела в воде возникает вследствие изменений в самой воде.

Различают линии тока, в каждой точке которых скорость частицы воды направлена по касательной. Линия тока характеризует скорость разных частиц воды в одно и то же мгновение. Не следует смешивать с линиями тока траектории частиц воды: скорость частицы воды всегда направлена по касательной к ее траектории, однако траектория - это след одной частицы в последовательные моменты времени, а линия тока характеризует движение разных частиц в один и тот же момент времени. Именно линии тока и характеризуют изменения в потоке воды, которые создают разность давлений.

В невозмущенном потоке (ламинарное течение) линии тока, обтекая тело, не возвращаются обратно. В возмущенном потоке (турбулентное течение) возникают завихрения. По закону Бернулли там, где скорость потока больше, давление, перпендикулярное потоку, меньше. При обтекании тела поток перед ним замедляется (поджатие), создается область повышенного давления воды на тело. Сзади тела поток отрывается от тела, возникают завихрения, разрежение, создается область пониженного давления воды на тело.

Разность давлений обусловливает лобовое сопротивление воды. Эта сила направлена одинаково с потоком, и именно в ту же сторону. Уменьшение площади наибольшего поперечного сечения тела и улучшение обтекаемости (формы тела) снижают лобовое сопротивление. В невозмущенном потоке оно меньше, чем в возмущенном.

Разность давлений обусловливает и так называемую подъемную силу при положении тела под острым углом к направлению потока. Подъемная сила направлена перпендикулярно потоку. Это понятие аэродинамики: действуя на крыло самолета, эта сила поддерживает его против силы тяжести. При движении всего тела пловца в воде под тем или иным "углом атаки" подъемная сила действительно направлена вверх против погружающей силы. Возникающая в гребковых движениях так называемая подъемная сила чаще всего имеет направление, невертикальное, да и к тому же меняющееся, поэтому целесообразнее называть ее по смыслу действия - нормальная (перпендикулярная направлению потока) реакция воды (рис.5, в).

Эта сила совместно с лобовым сопротивлением дает равнодействующую - полную реакцию воды. Составляющие этой силы, вертикальные относительно Земли, правильно называть поддерживающими силами, а горизонтальные - тяговыми силами, поскольку они определяют возможности продвижения пловца вперед.

Давление набегающего потока воды больше, чем давление с противоположной стороны тела в сходящем потоке. Разность повышенного и пониженного давлений обусловливает динамическое действие воды, т.е. лобовое сопротивление и нормальную реакцию воды, а следовательно, и их равнодействующую, полную реакцию воды. Последняя, давая две составляющие (поддерживающая и тяговая силы), обусловливает уравновешивание тела в воде по вертикали и продвижение тела пловца вперед относительно гребущей руки. Скорости пловца и гребка совместно обусловливают скорость действия на воду (рис.5, г).