Sport-Och Fitness

Fysiska lagar i simning

definition

Med fysikens lagar försöker man förbättra och optimera de individuella simstilarna ytterligare. Dessa inkluderar statisk flytkraft, hydrodynamisk flytkraft och de olika sätten att röra sig i vatten. Den använder sig av biomekaniska principer och fysik.

statisk flytkraft

Nästan alla lyckas flyta på vattenytan utan ett flytmedel. Denna uppenbara viktminskning beror på den statiska flytkraften.

Till exempel, om en kropp sjunker i vatten, förskjuter den en viss mängd vatten. En flytkraft (statisk flytkraft) verkar på denna kropp.

Den statiska flytkraften motsvarar den vikt som kroppen förskjuter när det gäller vattenmassa
Den statiska flytkraften är motsatt viktvikten. (uppåt)

T.ex. i vattnet är det möjligt att ha en böjd simmare som lätt lyfts av en betydligt svagare person. Om du lyfter en del av kroppen ur vattnet minskar den statiska flytkraften och lyftningen blir svårare.

Djup inandning ökar lungvolymen och därmed ökar hela kroppsvolymen och den statiska flytkraften.

Till exempel, en flytande simmare andas ut och sjunker till botten.

Den specifika vikten (kroppens densitet) är avgörande för kroppens flytkraft i vatten. Ju större kroppens densitet, desto mer sjunker kroppen i vattnet. Idrottare med tunga ben och många muskler har en större täthet och sjunker betydligt mer och har därmed nackdelar vid simning. Jämfört med män har kvinnor mer subkutan fettvävnad och har således större statisk flytkraft och en bättre position i vattnet.

statisk flytkraft och vattenläge

Platsen i vattnet är avgörande för lång och snabb simning. 2 fysiska attacker är viktiga för rätt vattensituation. Å ena sidan kroppens tyngdpunkt (KSP) och volymcentret (VMP). Den mänskliga KSP är belägen ungefär på navelns höjd och är användningsplatsen för den nedåtgående kraften. VMP är användningsplatsen för den statiska flytkraften och på grund av det voluminösa bröstet är det ungefär på brösthöjden. I vattnet växlar KSP och VMP över varandra. Exempel: En kuboid (halv styrofoam, halv järn) ligger inte på ytan av vattnet, men metallhalvan sjunker, och cuboid är vertikal med styrofoam-sidan uppåt.

I likhet med cuboid fungerar denna princip med människokroppen. KSP och VMP närmar sig varandra och som ett resultat sjunker benen och kroppen blir allt mer vertikalt i vattnet.

Viktig! Ben som hänger för djupt i vattnet genererar inte någon framdrivning och ökar vattenmotståndet, dvs benen mot ytan.

För att undvika att sänka benen, rekommenderas det å ena sidan att arbeta med diafragmatisk / abdominal andning istället för att andas i bröstet när man simmar, så att VMP hålls så nära KSP som möjligt och å andra sidan att hålla huvudet i vattnet och sträcka armarna långt framåt. Detta resulterar i en förskjutning av KSP-huvudet mot VMP.

Lagar för kroppar som glider i vatten

En kropp som rör sig i vatten skapar olika komplicerade effekter som måste förklaras för att förstå simning.

Krafter som uppstår i vattnet är indelade i bromsning och körning.

Den totala motstånd som människokroppen motverkar i vatten består av tre former:

Friktionsmotståndet uppstår genom att enskilda vattenpartiklar dras längs ett visst avstånd på simmareens hud (Gränslagerflöde). Denna så kallade statiska friktion minskar med ökande avstånd från simmare. Detta friktionsmotstånd är beroende av ytstrukturen, varför människor under senare år i allt högre grad har använt lågfriktionsdräkter i simning.

Det viktigaste motståndet för simning är formmotstånd. Här förflyttas vattenpartiklar mot rörelseriktning / simning och har en bromseffekt på simmare. Formmotståndet beror på kroppens form och vattenturbulensen i kölvattnet. Se kroppens former och flöde.

Det sista motståndet vid simning är en så kallad vågmotstånd. Enkelt uttryckt betyder detta att vatten genom att simma och glida måste lyfta mot tyngdkraften. Vågor uppstår. Detta motstånd beror på vattendjupet, som fler och fler simmare utnyttjar och gör glidfaserna i mycket djupare vatten.

Hydrodynamisk hiss

Den hydrodynamiska hissen kan tydligt ses från vingen på ett flygplan. Arten på ett flygplanets vinge är utformad så att luften som flyter runt det täcker avstånd av olika längder på vingarnas sidor. Eftersom luftpartiklarna åter samlas bakom vingen måste flödet runt vingen ha olika hastigheter. Nämligen: snabbare i toppen och långsammare i botten. Detta skapar dynamiskt tryck under vingen och sugtryck över vingen. Så avsnittet tar av planet.

Samma sak händer med simmare i vattnet, men inte så perfekt.

Denna hiss illustreras av följande exempel. Om du ligger platt i vatten, sjunker dina ben relativt snabbt.Men om du ständigt dras genom vatten av en partner, orsakar den hydrodynamiska flytkraften att dina ben hålls på vattenytan.

Handlingsriktningen i simning är uppdelad enligt följande:

motstånd: Mot simningsriktningen

Hydrodynamisk hiss: Vinkelrätt mot simningsriktningen

Kör: I badriktning

Kroppsformer och flöde

Inte det främre området på en kropp, som tidigare antagits, men förhållandet mellan frontalområdet och kroppslängden spelar den viktigaste rollen i motståndet i vatten.

Detta kan illustreras med följande exempel.

Om du drar en platta och en cylinder med samma ansikte genom vatten är vattenmotståndet framför kroppen samma, men turbulensen i kölvattnet är betydligt annorlunda.

Termen pannmotstånd är därför inte helt korrekt, eftersom turbulensen i kölvattnet bromsar kroppen starkare.

Enligt de senaste fynden har pingvinernas spindelformade strukturer den minsta turbulensen i kölvattnet. Fisk med dessa kroppsformer är bland de snabbaste simmare.

Ett exempel på återflöde:

En person som går genom vattnet drar en partner som kröks på ytan av vattnet bakom sig på grund av den resulterande sugeffekten.

Framdrivning i vattnet

Framdrivning i vattnet kan komma igenom Formändring av kroppen (finrörelse i fisk) eller av Konstruktioner som genererar framdrivning (Propeller). I båda metoderna sätts vatten i rörelse och verkar sålunda tillbaka på den flytande kroppen. Den ömsesidiga reaktionen kallas en anliggning.

De tre principerna för rörelse i vatten förklaras mer detaljerat nedan.

1. Tryckspadprincip:
T.ex. Anka fötter: Här flyttas ankornas fötter vinkelrätt mot rörelseriktningen (bakåt). På baksidan finns det ett negativt tryck (dött vatten), vilket bromsar den flytande kroppen. Mycket energi krävs och framdrivningen är låg.

2. Reflekterande princip:

T.ex. Bläckfisk: Bläckfisken samlar vatten i kroppen och driver ut den genom en smal kanal. Detta skapar en drivkraft på kroppen

3. Undulation-princip:

T.ex. delfin: Bakom varje kropp uppstår roterande massor av vatten i kölvattnet. I de flesta fall är emellertid dessa roterande vattenmassor störda och har en bromseffekt. Med delfiner ordnas vattenmassorna av en kroppsvåg och kan därför vara användbara för framdrivning. Dessa ordnade massor av vatten kallas virvel. Vid simning är det emellertid mycket svårt att ställa in vattenmassorna i en ordnad rotation genom att förflytta kroppen. I prestandaområdet möjliggör det dock mycket höga simhastigheter.

Kör koncept

Konventionellt drivkoncept:

Med det konventionella körkonceptet flyttas de kroppsdelar som används för att köra i en rak linje och i motsatt riktning till simningsriktningen (actio = reactio). Stora vattenmassor förflyttas med ökande hastighet men med lite framdrivning (spån ångare).

Klassiskt drivkoncept:

Drivning med hjälp av hydrodynamisk flytkraft (jämfört med en fartygs propeller).

Detta drivkoncept är emellertid kontroversiellt eftersom propellen alltid får vatten från samma sida och handflatorna inte när man simmar. Dessutom fungerar denna enhet endast efter en viss körlängd, men armens dragning när simning är bara 0,6-0,8 m.

Vortex drive-koncept: (för närvarande använt modell)

De roterande massorna av vatten i kölvattnet av fötter och händer har blivit allt viktigare som anläggningstillverkare de senaste åren.

En virvel skapas när massor av vatten rör sig från stagnationen till sugområdet. Ett försök görs för att rymma mycket vatten i ett litet utrymme jämfört med att rulla upp en matta. Virveln visas bakom fötterna som en rullform och bakom händerna som en flätad form.