Формирование пространства воды вокруг спортсмена-пловца

В статье впервые ставится и рассматривается проблема формирования пространства воды вокруг спортсмена-пловца в условиях водной среды плавательного бассейна.

Визуализация вихревых потоков воды, вызванных движением туловища и конечностей спортсмена; разработанные технически доступные методы актуализации (визуальной, тактильной, опосредованной) потоков, вызванных пловцом, остаются не замеченными и не востребованными большинством российских специалистов - теоретиков и практиков-тренеров.

К сожалению, как в теории, так и на практике продолжают использовать возведенный в парадигму методический прием, удобный для первичного «условного» представления описания техники плавания, типа - «представим себе, что на пловца набегает поток воды». Об этой «условности представления» благополучно забыли, и этот хороший методический прием для начального обучения плаванию перенесли напрямую в понятие техники плавания, тем самым «вынимая из сознания» тренера основополагающие факты:

· пловец продвигается в неподвижной воде бассейна;

· взаимодействует с подвижной гидродинамической опорой; сам вызывает разнонаправленные потоки воды и взаимодействует с ними, увлекает за собой течение воды.

Эти взаимодействия вызывают изменение характеристик неподвижного объема пространства водной среды плавательного бассейна. Изменение характерных свойств состояния водной среды плавательного бассейна оказывает влияние на спортивный результат. Последнее хорошо известно: плавать легче «в глубоком бассейне», чем в «мелком»; плавать легче по средней дорожке, чем по крайней; восприятие техники плавания в условиях гидродинамического бассейна с обращенным течением, принципиально другое, чем в спортивном бассейне.

Выполненное нами (с 2003 года в КНГ сборной команды РФ по паралимпий-скому плаванию) эффективное внедрение вышеприведенных авторских знаний и умений, однако, не позволяет объяснить некоторые особенности техники паралимпийско-го плавания, а потому и сдерживает дальнейший прогресс в управлении двигательным действием пловца в воде.

С целью разработки современной системы мер, направленной на повышение эффективности и качества совершенствования технико-тактической подготовленности пловца, требуется уточнения и углубления теоретических и практических представлений о формировании гидромеханического пространства вокруг спортсмена.

Факт 1. Человек, погружаясь в воду, вытесняет определенный объем воды равный объему погруженного в воду тела или части его тела. Нарушается относительно «целостная форма неподвижного объема воды плавательного бассейна».

Факт 2. К поверхности тела и купального костюма, по всему объему погруженного тела или его части, прилипает тонкий пограничный слой воды. Прилипший слой (несколько слоев молекул воды, кластеров) остается неподвижным на данном месте на поверхности кожи или купального костюма. Находясь за прилипшим слоем воды, следующие молекулярные слои вовлекаются в формирующееся течение по направлению и траектории этой части тела в неподвижном окружающем пространстве воды.

Впереди любой движущейся части тела (голова, рука, нога, туловище) в неподвижной толще воды бассейна происходит одновременное смещение части массы объема воды в направлении траектории продвижения этой части тела. При одномоментном «расталкивании» в противоположные стороны - с боков этой же части тела и увлечением за собой в этом же направлении течения мощных вихревых потоков воды. Это гидродинамическое явление характеризуется волнообразованием и турбулентностью, наблюдается визуально, - на поверхности воды и специальной съемкой, - под водой.

Подводные авторские кино-, видео-, фото - съемки зафиксировали формирование изменения в пространственно - временном свойстве объема воды плавательного бассейна в виде мощной гидродинамической капсулы перемещения воды совместно с пловцом.

Факт 3. Выявленная нами впервые «мощная гидродинамическая капсула перемещения» представляет собой сложное гидродинамическое явление, заключающееся в том, что при плавании пловца на дистанции в условиях воды бассейна возникает пространственно-временная гидродинамическая система «пловец-вода». Системоформи-рующим фактором является двигательная деятельность пловца. Мощная гидродинамическая капсула перемещения фиксируется как сложное гидродинамическое явление пропульсивного воздействия на свойства водной среды бассейна, заключающееся в том, что продвижение пловца на дистанции происходит внутри мощной гидродинамической капсулы перемещения. Сама капсула, вместе «с заключенным пловцом», смещается вперед, образуя в неподвижной среде плавательного бассейна стенки водного канала, расталкивая и раздвигая их поверхность.

Мощная гидродинамическая капсула перемещения имеет, как правило, вытянутую конусообразную форму, в которой выделяются четыре основных объема:

· головная часть наиболее узкая, сдвигает воду перед пловцом и формирует высокую (первую) волну, относительно плотную, характеризуется повышенным гидромеханическим давлением. Место расположения относительно тела спортсмена -впереди головы и плечевого пояса, или впереди руки в фазе «вход в воду». Смещение, массы воды перед телом пловца происходит в направлении: вперед-вверх-встороны-вниз при надводном волнообразовании, и одновременно в направлении: вперед-вниз-в стороны-вниз при подводном волнообразовании;

· грудная часть, - характеризуется переменным направлением, двух вызванных руками, крупных вихрей гидродинамического течения. Место расположения: вблизи передней части тела и бедер пловца.

Смещение сбоку туловища и сбоку конечностей пловца массы воды происходит в результате движения частей тела:

· при ассиметричном, - то с правой, то с левой стороны, отрыве мощных вихревых потоков, образуя «дорожку Крамера» (в способах кроль на груди, кроль на спине);

· при симметричном - одновременно (в способах брасс на груди, брасс на спине, дельфин).

Смещение за движущейся конечностью и туловищем пловца массы турбулентной воды формируется, благодаря засасывающему действию вызванных вихревых потоков:

· хвостовая часть, - «рыхлая» зачастую с воздушными пузырьками, характеризуется пониженным местным гидродинамическим давлением. Место расположения: вблизи стопы, голени, плеча пловца. Ее форма зависит от способа плавания и, в случае плавания инвалида, от индивидуальных особенностях поражения конечностей;

· гидродинамический крупный вихревой след, остается в капсуле воды, визуализируется воздушными пузырьками, после перемещения мощной капсулы вперед, остается в данном месте возмущенного водного пространства, - постепенно размывается в течение 7-15с.

Выявлено, что мгновенные значения скорости головной и грудной части капсулы зависят от способа плавания. В некоторых местах, взаимодействия с телом пловца вихревых потоков воды образованных в результате движений рук в повторяющихся циклах движений, местный вектор скорости течения воды ориентирован (по индикаторам кисточкам) в направлении продвижения пловца, скорость которого достигает 3,5 м/с. Собственно сама капсула «пловец-вода» перемещается основной массой вдоль стенок желоба неподвижной воды бассейна в направлении продвижения пловца и постепенно размывается.

Для обобщения фиксированных результатов взаимодействия двигательной активности пловца и гидродинамической капсулы перемещения применим метод анализа периодических волновых процессов. В данном случае в системе «пловец-вода» следует рассматривать не только частоту (темп) движений спортсмена, но и собственную частоту колебания «капсулы перемещения». Если оба колебания совпадают по фазе, то после приложения импульса гребковых усилий и вызванных пловцом потоков воды, в системе устанавливаются вынужденные резонансные колебания. Что приводит к самоувеличению скорости продвижения пловца на дистанции. По аналогии раскачивания ребенка на качелях, как резонансное сгибание-разгибание ног в коленных суставах увеличивает амплитуду раскачивания, так при плавании в резонансном режиме «пловец-вода» - увеличивается «шаг» пловца. Резонансный режим включается составной частью в способы и приемы резонансного метода тренировки пловца для эффективного развития тактико-технической подготовленности пловца в соревновательном периоде многолетней подготовки высококвалифицированного спортсмена [2].

Следует помнить, скорость продвижения «гидродинамической капсулы перемещения» в определенные фазы цикла двигательных действий повышает минимальное значение внутрицикловой скорости пловца. Иначе, образованная пловцом гидродинамическая капсула перемещений в резонансном режиме подталкивает пловца, увеличивая шаг. В процессе резонансного метода тренировки пловца целесообразно использовать резонансный режим совпадения продвижения вперед «гидродинамической капсулы перемещения» с направлением вызванного руками потока воды в сторону продвижения пловца на дистанции.

Гидродинамика

Гидродинамика - раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости и ее взаимодействие с неподвижными и подвижными поверхностями.

Если отдельные частицы абсолютно твердого тела жестко связаны между собой, то в движущейся жидкой среде такие связи отсутствуют. Движение жидкости состоит из чрезвычайно сложного перемещения отдельных молекул.

Основные понятия о движении жидкости

Живым сечением ω (м²) называют площадь поперечного сечения потока, перпендикулярную к направлению течения. Например, живое сечение трубы - круг (рис.3.1, б); живое сечение клапана - кольцо с изменяющимся внутренним диаметром (рис.3.1, б).

Смоченный периметр χ ("хи") - часть периметра живого сечения, ограниченное твердыми стенками (рис.3.2, выделен утолщенной линией).

Для круглой трубы

если угол в радианах, или

Расход потока Q - объем жидкости V, протекающей за единицу времени t через живое сечение ω.

Средняя скорость потока υ - скорость движения жидкости, определяющаяся отношением расхода жидкости Q к площади живого сечения ω

Поскольку скорость движения различных частиц жидкости отличается друг от друга, поэтому скорость движения и усредняется. В круглой трубе, например, скорость на оси трубы максимальна, тогда как у стенок трубы она равна нулю.

Гидравлический радиус потока R - отношение живого сечения к смоченному периметру

Течение жидкости может быть установившимся и неустановившимся. Установившимся движением называется такое движение жидкости, при котором в данной точке русла давление и скорость не изменяются во времени

υ = f(x, y, z)

P = φ f(x, y, z)

Движение, при котором скорость и давление изменяются не только от координат пространства, но и от времени, называется неустановившимся или нестационарным

Линия тока (применяется при неустановившемся движении) это кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлены по касательной.

Трубка тока - трубчатая поверхность, образуемая линиями тока с бесконечно малым поперечным сечением. Часть потока, заключенная внутри трубки тока называется элементарной струйкой.

Течение жидкости может быть напорным и безнапорным. Напорное течение наблюдается в закрытых руслах без свободной поверхности. Напорное течение наблюдается в трубопроводах с повышенным (пониженным давлением). Безнапорное - течение со свободной поверхностью, которое наблюдается в открытых руслах (реки, открытые каналы, лотки и т.п.). В данном курсе будет рассматриваться только напорное течение.

Из закона сохранения вещества и постоянства расхода вытекает уравнение неразрывности течений. Представим трубу с переменным живым сечением (рис.3.4). Расход жидкости через трубу в любом ее сечении постоянен, т.е. Q₁=Q₂= const, откуда

ω ₁ υ ₁ = ω ₂ υ ₂

Таким образом, если течение в трубе является сплошным и неразрывным, то уравнение неразрывности примет вид:

Плавучесть

Плавучесть тела определяется соотношением веса и ЖЕЛ (жизненной емкости легких): увеличение веса тела ухудшает плавучесть, а увеличение ЖЕЛ улучшает ее. Известно, что плавание как никакой другой вид спорта развивает дыхательную систему. Спортсмены-пловцы имеют один из самых высоких показателей ЖЕЛ, что является следствием систематической тренировочной работы, направленной на развитие выносливости.

Большой объем ЖЕЛ, конечно же улучшает плавучесть тела и тем самым положительно влияет на увеличение скорости плавания. Влияние веса на скорость плавания значительно сложней. Конечно, большой вес тела ухудшает плавучесть. Но вес тела является косвенным показателем силовой подготовленности спортсмена (величина активной массы тела – костной и мышечной ткани – тесно связана с силой), поэтому он оказывает положительное воздействие на скорость плавания в тех способах, где необходима высокая силовая подготовленность: спринтерском кроле и дельфине. Однако скорость плавания на спине, а также на средних и длинных дистанциях вольным стилем обратно пропорциональна величине веса тела. Поскольку встречное сопротивление воды при движении тела пловца в положении на спине больше, чем в положении на груди, для того, чтобы показывать высокие скорости в плавании на спине, необходимо компенсировать этот проигрыш за счет высокого уровня развития других качеств: высокого роста, небольшого веса, большой величины ЖЕЛ. Именно этими особенностями телосложения отличаются пловцы-спинисты: они имеют самый высокий рост, самый небольшой вес и самую большую спирометрию, что обеспечивает им хорошую плавучесть. Что качается стайеров, то они имеют хорошую плавучесть за счет небольшого веса и высокой величины ЖЕЛ.

Не меньшее значение имеет обтекаемость тела пловца, поэтому сильнейшие пловцы мира бреют тело перед ответственными соревнованиями. Появление новых гидрокостюмов позволило уменьшить сопротивление и вихреобразование, возникающее около тела плывущего спортсмена. Почти каждый мировой рекорд, установленный на Олимпийских играх 2000 г в Сиднее, был показан пловцом в гидрокостюме. Эта новая суперрастяжимая ткань имитирует акулью кожу (имеет бороздки и крошечные «кожные зубчики») и плотно облегает тело пловца. Фирма Speedo разработала две модели гидрокостюма с открытыми и закрыты ми руками.

Таким образом, гидродинамические качества пловцов, специализирующихся в различных способах плавания, неодинаковы и зависят от особенностей телосложения. В свою очередь телосложение спортсмена тесно связано с его физической подготовленностью, то есть уровнем развития таких физических качеств, как сила, подвижность в суставах, выносливость.