Виды сопротивления движению тела

При движении тела в воде возникает лобовое или общее сопротивление, которое включает в себя: сопротивление формы "R_f", сопротивление трения "R_t" и сопротивление волнообразования "R_v.

Сопротивление формы

 Наибольшее сопротивление в воде возникает при движе­нии пластины плоскостью вперед (рис. 3.22).

При движении пластины плос­костью вперед перед ней возникает повышенное давление воды, а за плоскостью пластины вода находит­ся в разряженном состоянии. Раз­ность давлений спереди пластины и сзади и энергия, расходуемая на об­разование вихревых потоков, будут определять величину сопротивле­ния. Величину сопротивления можно уменьшить, если улучшить условия обтекания пластины. Поместив пе­ред ней полусферу, сопротивление снижается за счет уменьшения дав­ления воды перед ней. Если полу­сферу поместить за пластиной, то сопротивления будет еще меньше за счет уменьшения вихреобразования за пластиной. При двух полусферах или при форме цилиндра сопротивление пластины станет мень­ше, чем пластины без полусфер в 2,2 раза. Наименьшим сопро­тивлением обладают формы с овальной передней поверхностью и плавно уменьшающиеся в диаметре задней поверхности тела.

Разница сопротивления пластины и цилиндра указывает на то, что кисть со сжатыми пальцами имеет большее сопротив­ление, чем кисть с разведенными пальцами, когда только полови­на плоскости кисти, ее ладонь, имеет сопротивление пластины, а вторая ее половина - пальцы работают как цилиндры. Поэтому пловцы, не обладающие достаточной силой гребковых мышц, часто выполняют гребок с разведенными пальцами, и, наоборот, у физически подготовленных пловцов вся кисть имеет форму пла­стины.

Сопротивление формы при оценке техники плавания пред­ставляет наибольший интерес, так как на его долю приходится около 70% от общего сопротивления. Несмотря на то, что тело пловца, с точки зрения гидромеханики, относится к телам неправильной формы, все же, при определенных положениях туловища и конеч­ностей можно получить благоприятные условия для уменьшения сопротивления. Проведенные исследования показали, что наименьшее сопротивление движению тогда, когда тело пловца занимает горизонтальное положение с вытяну­тыми вперед руками ладонями внутрь и касающимися друг друга. Разведение рук до ширины плеч увеличивает силу сопротивления на 10%, скольжение, при котором руки располагаются вдоль тела и прижаты к туловищу, увеличивает силу сопротивления на 20%.

3.4.2. Сопротивление трения

В природе существуют несмачиваемые и смачиваемые жидкостью тела. К несмачиваемым можно отнести водоплаваю­щих птиц, у которых слой жира на перьях препятствует намоканию кожи. Толщина слоя воды, приводимого в движение, у таких тел намного меньше, чем у смачиваемых тел, и потеря энер­гии у них происходит в результате трения тонкого слоя молекул воды о поверхность тела. Сопротивление трения больше у тел, имеющих смачиваемую поверхность. При смачивании поверхно­сти тела молекулы воды прилипают к нему и движутся со скоро­стью тела, увлекая за собой соседние слои. В результате этого вместе с телом перемещается значительная толща окружаю­щей воды. Она тем больше, чем больше скорость движения тела и вязкость окружающей жидкости. Слой воды, вовлекаемый в движение телом, носит название пограничного слоя. За толщину пограничного слоя принимается расстояние от смоченной поверх­ности движущегося тела до того слоя, скорость которого менее 1% от скорости тела. Внутри пограничного слоя могут иметь место ламинарный и турбулентный режимы перемещения жидкости. Каждому перемещению соответствуют свои законы распре­деления скоростей в слое.

На величину силы трения влияют величина смоченной по­верхности, степень шероховатости тела, скорость движения тела, вязкость жидкости и характер движения жидкости в пограничном слое. Величина сопротивления трения от общего сопротивления равна приблизительно 10%.

3.4.3. Сопротивление волнообразования

Волна представляет собой процесс колебания водных масс. Энергия волны равна расходу кинетической энергии на ее образование, отнесенную на единицу пути ее движения. Интен­сивность возбужденных телом колебаний уровня воды и характер волн, прежде всего, зависят от контуров тела и его скорости дви­жения. Если тело движется вблизи бортов или над мелким ме­стом, то на волнообразование может влиять и наложение отра­женных волн. Волнообразование представляет собой сложный процесс, физическое объяснение которого обычно дается в фор­ме описания наблюдаемой картины волн.

При движении тела пловца в воде возникают гравитацион­ные волны. По форме они бывают косыми или расходящимися, по­перечными и круговыми.

Косые волны (рис. 3.23) возникают у передней и задней частей тела пловца. Они расходятся по отношению к продольной оси те­ла под углом от 20 до 40°.

Поперечные волны зарождаются у линии плеч и головы. Следующая волна поднимается за тазом, а при скорости тела 2 м/сек - в районе стоп. При этом впадина между первой и второй волной располагается у поясницы (рис. 3.24).

Круговые волны возникают главным образом при падении на воду брызг от движений пловца и при ударах о воду.

Сопротивление волнообразования зависит от скорости движения тела пловца, его удельного веса и техники движений. Доля волнового сопротивления от общего сопротивления состав­ляет около 20%.