الرياضة واللياقة البدنية

القوانين الفيزيائية في السباحة

تعريف

مع قوانين الفيزياء ، تُبذل محاولات لتحسين وتحسين أنماط السباحة الفردية. وتشمل هذه الطفو الساكن والطفو الهيدروديناميكي والطرق المختلفة للتحرك في الماء. يستخدم مبادئ الميكانيكا الحيوية والفيزياء.

طفو ثابت

يتمكن الجميع تقريبًا من الطفو على سطح الماء دون مساعدة الطفو. يعود سبب فقدان الوزن الواضح إلى الطفو الساكن.

على سبيل المثال ، إذا غمر الجسم في الماء ، فإنه يزيح كمية معينة من الماء. تعمل قوة الطفو (الطفو الثابت) على هذا الجسم.

يتوافق الطفو الساكن مع الوزن الذي يزيحه الجسم من حيث كتلة الماء
الطفو الساكن هو عكس قوة الوزن. (لأعلى)

على سبيل المثال ، في الماء ، من الممكن أن يرفع السباح الجاثم بسهولة بواسطة شخص أضعف بكثير. إذا قمت برفع جزء من الجسم من الماء ، فإن الطفو الساكن يقل ويصبح الرفع أكثر صعوبة.

يزيد الاستنشاق العميق من حجم الرئة وبالتالي يزداد حجم الجسم بالكامل ويزداد الطفو الساكن.

على سبيل المثال ، يزفر السباح العائم ويغرق إلى القاع.

الوزن النوعي (كثافة الجسم) حاسم لطفو الجسم في الماء. كلما زادت كثافة الجسم ، زاد غرق الجسم في الماء. يتمتع الرياضيون ذوو العظام الثقيلة والعديد من العضلات بكثافة أكبر ويغرقون أكثر بشكل ملحوظ ، وبالتالي يكون لديهم عيوب عند السباحة. بالمقارنة مع الرجال ، تمتلك النساء أنسجة دهنية أكثر تحت الجلد وبالتالي تتمتع بقدر أكبر من الطفو الثابت وموقع أفضل في الماء.

الطفو الثابت والموقف المائي

يعد الموقع في الماء أمرًا مهمًا للسباحة الطويلة والسريعة. نقطتان مادية للهجوم مهمتان للوضع المائي الصحيح. من ناحية أخرى ، مركز ثقل الجسم (KSP) ومركز الحجم (VMP). يقع KSP البشري على ارتفاع السرة تقريبًا وهو نقطة التطبيق لقوة الوزن الهابطة. إن VMP هو نقطة التطبيق للطفو الثابت وبسبب حجم الصندوق فهو على ارتفاع الصدر تقريبًا. في الماء ، يتحول KSP و VMP فوق بعضهما البعض. مثال: مكعبات (نصف ستايروفوم ، نصف حديد) لا ترقد على سطح الماء ، لكن النصف المعدني يغرق ، والمكعبات عمودي ، مع جانب الستايروفوم لأعلى.

على غرار متوازي المستطيلات ، يعمل هذا المبدأ مع جسم الإنسان. يقترب KSP و VMP من بعضهما البعض ونتيجة لذلك تغرق الأرجل ويصبح الجسم عموديًا بشكل متزايد في الماء.

مهم! الأرجل المعلقة بعمق شديد في الماء لا تولد أي دفع وتزيد من مقاومة الماء ، أي الأرجل على السطح.

من أجل تجنب إنزال الساقين ، من المستحسن من ناحية العمل مع التنفس البطني / البطني بدلاً من التنفس الصدري عند السباحة ، بحيث يكون VMP قريبًا قدر الإمكان من KSP ، ومن ناحية أخرى للحفاظ على رأسك في الماء وتمديد ذراعيك بعيدًا إلى الأمام. ينتج عن هذا تحول في رأس KSP نحو VMP.

قوانين انزلاق الأجسام في الماء

الجسم الذي يتحرك في الماء يخلق تأثيرات معقدة مختلفة يجب شرحها لفهم السباحة.

تنقسم القوى الناشئة في الماء إلى فرملة وقيادة.

تتكون المقاومة الكلية التي يواجهها جسم الإنسان في الماء من ثلاثة أشكال:

تنشأ مقاومة الاحتكاك من حقيقة أن جزيئات الماء الفردية يتم سحبها على مسافة معينة على جلد السباح (تدفق طبقة الحدود). هذا ما يسمى بالاحتكاك الساكن يتناقص مع زيادة المسافة من السباح. تعتمد مقاومة الاحتكاك هذه على بنية السطح ، ولهذا السبب استخدم الناس في السنوات الأخيرة بشكل متزايد ملابس السباحة منخفضة الاحتكاك في السباحة.

أهم مقاومة للسباحة هي مقاومة الشكل. هنا ، يتم تحريك جزيئات الماء عكس اتجاه الحركة / السباحة ولها تأثير كبح على السباح. تعتمد مقاومة الشكل على شكل الجسم واضطراب المياه في أعقابه. مشاهدة أشكال الجسم وتدفقه.

المقاومة الأخيرة عند السباحة هي ما يسمى بمقاومة الموجة. ببساطة ، هذا يعني أنه من خلال السباحة والتزحلق ، يجب رفع الماء ضد الجاذبية. تنشأ الموجات. تعتمد هذه المقاومة على عمق الماء ، الذي يستفيد منه المزيد والمزيد من السباحين ويقومون بمراحل الانزلاق في مياه أعمق بكثير.

رفع هيدروديناميكي

يمكن رؤية المصعد الهيدروديناميكي بوضوح من جناح الطائرة. صُممت طبيعة جناح الطائرة بحيث يغطي الهواء المتدفق حولها مسافات بأطوال مختلفة على جانبي الجناح. نظرًا لأن جزيئات الهواء تتجمع مرة أخرى خلف الجناح ، يجب أن يكون التدفق حول الجناح بسرعات مختلفة. وهي: أسرع في الأعلى وأبطأ في الأسفل. هذا يخلق ضغطًا ديناميكيًا أسفل الجناح وضغط شفط أعلى الجناح. حتى الحلقة تقلع من الطائرة.

يحدث الشيء نفسه للسباح في الماء ، لكن ليس تمامًا.

يوضح المثال التالي هذا المصعد. إذا استلقيت في الماء ، ستغرق ساقيك بسرعة نسبيًا.ومع ذلك ، إذا تم جرك باستمرار من خلال الماء من قبل شريك ، فإن الطفو الهيدروديناميكي يؤدي إلى إبقاء ساقيك على سطح الماء.

يتم تقسيم اتجاه الحركة في السباحة على النحو التالي:

مقاومة: ضد اتجاه السباحة

رفع هيدروديناميكي: عمودي على اتجاه السباحة

القيادة: في اتجاه السباحة

أشكال الجسم وتدفقه

ليست المنطقة الأمامية للجسم ، كما افترض سابقًا ، ولكن نسبة المنطقة الأمامية إلى طول الجسم تلعب الدور الأكثر أهمية في مقاومة الماء.

يمكن توضيح ذلك من خلال المثال التالي.

إذا قمت بسحب صفيحة وأسطوانة من نفس الوجه عبر الماء ، فإن مقاومة الماء أمام الجسم هي نفسها ، لكن الاضطراب في أعقاب ذلك يختلف اختلافًا كبيرًا.

لذلك فإن مصطلح مقاومة الجبهة ليس صحيحًا تمامًا ، حيث أن الاضطراب في أعقابه يؤدي إلى إبطاء الجسم بقوة أكبر.

وفقًا لآخر الاكتشافات ، فإن الهياكل المغزلية الشكل لطيور البطريق لديها أقل اضطراب في أعقابها. تعتبر الأسماك ذات الأشكال الجسدية هذه من بين أسرع السباحين.

مثال على التدفق العكسي:

شخص يسير في الماء يسحب شريكًا جاثمًا على سطح الماء خلفه بسبب تأثير الشفط الناتج.

الدفع في الماء

يمكن للدفع في الماء أن يمر تغيير شكل من الجسم (حركة الزعانف في الأسماك) أو عن طريق إنشاءات توليد الدفع (المروحة). في كلتا الطريقتين ، يتم ضبط الماء وبالتالي يعمل مرة أخرى على الجسم العائم. يسمى التفاعل المتبادل دعامة.

يتم شرح المبادئ الثلاثة للتنقل في الماء بمزيد من التفصيل أدناه.

1. مبدأ مضرب الضغط:
على سبيل المثال قدم البطة: هنا تتحرك أقدام البط بشكل عمودي على اتجاه الحركة (للخلف). يوجد على الظهر ضغط سلبي (ماء ميت) ، مما يبطئ الجسم العائم. مطلوب الكثير من الطاقة والدفع منخفض.

2. مبدأ الانعكاس:

على سبيل المثال أخطبوط: يجمع الحبار الماء في جسمه ويطرده عبر قناة ضيقة. هذا يخلق محرك على الجسم

3. مبدأ التموج:

على سبيل المثال دولفين: خلف كل جسد ، تحدث كتل من الماء في أعقابه. ومع ذلك ، في معظم الحالات ، تكون هذه الكتل المائية الدوارة مضطربة ولها تأثير كبح. مع الدلافين ، يتم ترتيب كتل الماء بواسطة موجة الجسم ، وبالتالي يمكن أن تكون مفيدة في الدفع. تسمى هذه الكتل المرتبة من الماء بالدوامة. لكن في السباحة ، من الصعب للغاية ضبط كتل الماء في دوران منظم عن طريق تحريك الجسم. ومع ذلك ، في نطاق الأداء ، فإنه يتيح سرعات عالية جدًا للسباحة.

مفاهيم القيادة

مفهوم القيادة التقليدية:

مع مفهوم القيادة التقليدية ، يتم تحريك أجزاء الجسم المستخدمة للقيادة في خط مستقيم وفي الاتجاه المعاكس لاتجاه السباحة (فعل = رد فعل). يتم تحريك كتل مائية كبيرة بسرعة متزايدة ولكن مع القليل من الدفع (أجهزة بخارية مجدافية).

مفهوم القيادة الكلاسيكية:

الدفع بواسطة الطفو الهيدروديناميكي (مقارنة بمروحة السفينة).

ومع ذلك ، فإن مفهوم القيادة هذا مثير للجدل لأن المروحة تتلقى الماء دائمًا من نفس الجانب ولا تستقبل راحة اليد عند السباحة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يعمل محرك الأقراص هذا إلا بعد طول تشغيل معين ، ولكن سحب الذراع عند السباحة لا يتجاوز 0.6-0.8 متر.

مفهوم محرك Vortex: (النموذج المستخدم حاليًا)

أصبحت كتل الماء الدوارة في أعقاب القدمين واليدين أكثر وأكثر أهمية كمنتج دعامة في السنوات الأخيرة.

تتكون الدوامة عندما تتحرك كتل الماء من الركود إلى منطقة الشفط. جرت محاولة لاستيعاب الكثير من الماء في مساحة صغيرة ، مقارنة بلف السجادة. تظهر الدوامة خلف القدمين على شكل أسطوانة ، وخلف اليدين كشكل جديلة.