Saturday, February 2, 2013

"Despre inot" {Legile hidrodinamicei...]

[din pacate cand fac 'copy-paste' grafica se pierde...]


Capitolul V
ARHIMEDE, NEWTON, BERNOULLI, FROUDE- REYNOLDS .... la INOT
Sumar
 01   Legile fizicei, ale mecanicii si hidrodinamicei evocate                          prin prisma practicării înotului. 02 . Hidrostatica
03.  Mecanică  (legea inerţiei, acceleraţiei, acţiunii-reacţiunii, pârghiile)  04. Compunerea / descompunerea forţelor,  05.  Centrul de greutate (cg)  06. De la Bernoulli la  Counsilman  07. Aaspiratia hidrodinamica
08.  Numărul froude-reynolds  09. Profil hidrodinamc: rezumat+bibliografie selectiva

01    Legile fizicei, ale mecanicii si hidrodinamicei evocate prin prisma practicării înotului.
            Inotul, odată învăţat, oferă practicantului o mare libertate de mişcare în apă. Când este vorba de divertisment şi joacă despre corectitudinea mişcărilor nu poate fi vorba (poate exceptând mecanismul actului respirator...) dar în momentul când apare interes pentru întrecere, cel vizat începe să observe că există anumite limite şi condiţii care guvernează reuşita plutirii, înaintării, întrecerii spre performanţă.

            Astfel se poate înţelege interesul multor antrenori de a explica elevilor, sportivilor, studenţilor – viitorii antrenori, intimitatea acţiunii de a înota.
            In acest sens putem invoca o serie dintre legile mecanicii, hidromotricităţii sau hidrostaticii care, alături de talentul, veielităţile şi capacitatea biofuncţională a unui individ aflat în apă, atent interpretate, pot ajuta la obţinerea eficienţei, a performanţei.

             A înota corect tehnica unui procedeu permite o abordare, în viitor, a performanţei – fără această egalitate (corectitudine / talent) performanţa va întârzia să apară !!!
            Iată o succintă trecere în revistă a principalelor legi care pot fi invocate în practicarea cu tehnică corectă a înotului:
           
02 . Hidrostatica
            Să începem, cronologic, cu ARHIMEDE - 287-212 î.H: Ilustrul om de stiinţă, cercetător, inventator grec, descoperitor al multor fenomene, legi din domeniul fizicii, matematicii (geometriei) etc.

            ’Principiul lui Arhimede’ reprezintă o importanţă deosebită şi pentru activitatea de înot;
"toate corpurile scufudate într-un lichid pierd o greutate egală cu greutatea volumului de lichid dizlocuit" ( în franceză: Tout corps plonje dans un fluide perd une partie de son poids egale au poids du volume de fluide qu’il deplace ‘’ ).
Iată istoria sa …..

            Hieron, rege al Siracuzei, bănuia de fraudă un bijutier care i-a confecţionat o frumoasă coroană din aur, aliind, se pare, cu o mare cantitate de argint. Hieron l-a consultat pe Arhimede asupra mijloacelor de a descoperi această presupusă fraudă, fără a recurge la topirea coroanei.(!)
            Ilustrul savant a reflectat mult fără a găsi soluţia necesară.
            Într-o zi, cînd era în baie, şi-a dat seama că membrele sale scufundate în apă pierd considerabil din propria lor greutate, că de exemplu, poate mişca unul dintre picioare mai uşor decît în condiţii terestre etc.
            Această constatare i-a furnizat şi răspunsul la întrebarea care îl frămînta - mijlocul de a determina greutatea specifică a corpurilor în raport cu apa luată ca unitate de referinţă.
            Entuziasmat de această descoperire, a ieşit din baie şi alergînd 'gol-puşcă' spre palatul lui Hieron a început să strige "Evrika, Evrika" (‘Am găsit’), cuvinte rămase celebre în memoria omenirii de-a lungul secolelor.
            Nu se mai ştie ce s-a întîmplat cu coroana lui Hieron, dar cert este că legea descoperită şi-a găsit largi aplicaţii la construirea navelor şi chiar la fundamentarea teoretică a activităţii de înot.
           
            Capacitatea de a pluti a corpului omenesc depinde de mai mulţi factori: mecanici (echilibrul faţă de centru de greutate), motrici (gradul de relaxare / rigiditate care pot ajuta / deranja păstrarea echilibrului dorit), funcţionali (capacitatea de a controla actul respirator, ş.a.).
            Aşa cum există destui înotători care nu ştiu să respire corect, aşa există sportivi care nedând importanţă cerinţelor unei bune plutiri îşi asumă o grea sarcină de a înainta cheltuind forţă, depunând efort şi pentru a pluti (mai ales cei cu masă musculară, osoasă prea mare etc.).
            Flotabilitatea se va manifesta pozitiv dacă Greutatea Specifică (GS) a corpului aflat în imersie are o valoare cât mai apropiată de GS-ul apei dulci, naturale, la temperatura etalon de 20o C., când apa are valoarea = 1,000; apa de mare, conţinând mai multe săruri minerale dizolvate are un GS de cca. 1,025, valoare care fiind mai apropiată de GS -ul uman permite o îmbunătăţire a flotabilităţii, omul la mare înoată mai lejer.
            Specialiştii afirmă că GS-ul corpului uman variază între 0,970 – 1,200, media rezultând din GS-ul ţesutului muscular (cca. 1,085), a celui osos compact (cca. 1,900), al celui adipos (cca. 0,700) de unde rezultă că biotipul endomorf (corpolent, voluminos) va disloca o cantitate mai mare de apă decît propria lor greutate şi astfel au şansa de a pluti cu mai mare uşurinţă; la extrema cealaltă se află biotipul ectomorf (compact, greu) care dislocuind o cantitate mai mică de apă faţă de greutatea lor vor avea o plutire dificilă.
[Flotabilitatea poate fi crescută artificial (colacul de înot) dar şi o respiraţie amplă şi lejeră o ajută în mod direct.]

            Calitatea de a pluti (uşor / dificil ) poate fi testată în ’pluta verticală’ – având braţele ridicate deasupra capului, corpul va pluti sau se va scufunda ad-hoc, aidoma mercurului unui termometru.
(grafica INOT- manual metodic, M. Olaru, ed. EST, 1982)

03.   Mecanică –
Legile formulate de Sir Isaac Newton (1642-1727).

            Prima lege - Legea Inerţiei este astfel formulată : un corp aflat în stare de Repaus sau de Mişcare uniformă, rectilinie va continua să păstreze starea sa iniţială atât timp cât asupra sa nu acţionează o altă Forţă externă sau în cazul corpului uman o Forţă internă ( în engleză – A body at rest or in uniform motion in a straight line continues in that state until acted upon by some external force, or in the case of the human body, some internal force).
            In cazul nostru – se presupune că pentru a iniţia o mişcare de înot s-ar cere a fi depăşită inerţia de repaus sau a modifica mişcarea prin forţa internă, a contracţiilor musculare..
            Odată începută, mişcarea poate fi influenţată, îngreunată de Rezistenţa apei, de Efectul gravitaţional şi de însăşi caracterul Pârghilor care participă la biomecanica mişcării  prin oasele membrelor şi articulaţiile care le deservesc.
            Teoretic, să acceptăm că mişcarea de vâslire constă dintr-o trecere de la poziţia de repaus (statică) la inerţia de înaintare (dinamică) cu tendinţa evidentă de a reveni la inerţia de repaus datorită apei, gravitaţiei şi, mai ales, a lipsei unei noi forţe sau a diminuării acesteia printr-o tehnică greşită, rudimentară de vâslire.
(grafica din Biomehanika plavania, V.M. Zaţiorski, Fizkultura I Sport, 1981)

[Invingerea inerţiei se manifestă şi în asemenea exerciţii+dispozitive care îngreunează înaintarea]

            Incepătorii nu ştiu cum să alimenteze optim, eficient inerţia dinamică iniţiată; ei vor încerca la întâmplare şi fără a cunoaşte bine (până la automatizare) geometria mişcărilor corecte nu reuşesc să depăşească perspectiva revenirii la starea de repaus.

            Ei cred că adoptând tempouri ridicate (suite de mişcări inadecvate învingerii rezistenţei apei), pot reuşi să înainteze dar astfel oboseala apare de foarte timpuriu pe un randament scăzut şi eficienţă precară.

            Începătorul nu este conştient de acest regim greşit de mişcare. El nu are capacitatea tehnică corectă şi numai după mai multe repetări, tatonări, va învăţa cum să-şi menţină, să alimenteze facil stare de inerţie dinamică.

            Repetând corect, treptat vor dispărea mişcările dezordonate, imprecise, de ex. - începătorul craulist nu va mai ’ciomăgi’ apa, brasistul învaţă să diferenţieze faza de pregătire a vâslirii cu picioarele (care se cere a fi mai lentă...) de faza propriu-zisă a împingerii eliptice a apei (care trebuie să fie cât mai energică,...), spatistul va evita să mai ’plesnească’ zgomotos apa cu braţele (pentru a evita  ’împotrivirea’ naturală a apei), delfinistul va începe să sincronizeze cele 2 ondulaţii cu fazele ieşirii +  intrării braţelor în apă, etc.  
            Intre etapa în care începătorul execută mişcările cu rigiditate, având braţele exagerat de mult încordate şi etapa în care el execută mişcarea suplu, folosind corect articulaţiile (coate, ghenunchi etc.) este un drum cam anevoios, presărat de efort de conştientizare (atenţia), apoi de automatizare (răbdarea) pentru a deprinde, in fond, cum se aplică corect – ’prima lege a mecanicii’... – în fapt adoptarea unei prestaţii biomotrice care va avea un tempou optim iar obligatoriu - un traseu corect de vâslire.

            Aceste doua repere pot fi înţelese de începător daca acestuia i se recomandă: ’înoată cu cât mai puţine mişcări fără ca acest tempo să-ţi scadă viteza de înaintare’... , indicaţie care solicită atât  o bună ’drămăluire’ cât şi o atentă ’cheltuială’ a efortului, în fond - grija de a înota corect, cerinţe atât de plastic exprimate în celebrul aforism antic :

Festina lente..., Grăbeşte-te încet !!!
                                  
                                               (vezi Anexa nr.9)


            Legea a 2-a: a Acceleraţiei, este formulată astfel: schimbarea poziţiei sau a momentului unui corp este proporţională cu Forţa, invers-proporţională cu Greutatea şi are direcţia indicată de aplicare a Forţei dominante
(în engleză:  the rate of change of momentum of a body is proportional to the Force, inversely proportional to the Mass of the body, and takes place in the direction in wish the Force acts).
           
            In cazul înotului, vâslirile braţelor, propulsia picioarelor sunt generatoare de Forţă a cărei aplicare va avea ca rezultat schimbarea poziţei corpului (înaintarea).           
            Această înaintare va fi cu atât mai mare cu cât Forţa aplicată este mai mare (1), înaintarea va fi mai mult ajutată cu cât Greutatea corpului este mai mică (2) şi, înaintarea va avea direcţia dominantă dată de execuţia tehnică (cât mai perfectă...) a mişcărilor de  înot (din tehnica celor 4 procedee sportive)(3).      
            Urmărind această enumerare, se remarcă ca o necesitate evidentă următoarele cerinţe: înotătorul să fie viguros, puternic (să aibe Forţă) pentru a se impune în faţa apei (a), să fie cât mai uşor în apă pentru o cât mai bună flotabilitate (criteriul ’ oaselor de porumbel’) (b), înotătorul va înainta după cum aplică (corect / incorect) Forţa vâslirilor (c).

            Dacă aceste vâsliri vor fi aliniate la axul lung al corpului aflat în imersie - direcţia va fi rectilinie, în caz contrar direcţia va fi imprevizibilă, în cel mai bun caz – şerpuită.

            Acest amănunt pune, în odată, în valoare recomandarea de a înota corect: lungimea unui bazin are 50m dar prin şerpuire este cert că înotătorul va parcurge mai mult decât 50m....?! Iar cronometrul sau oboseala va certifica acest lucru ....

            Legea  3-a: a Acţiunii şi  Reacţiunii, este formulată astfel: fiecărei Acţiuni îi corespunde o Reacţiune egală şi de sens opus ( în engleză: to every Action there is an equal and opposite Reaction).

            La modul general - această lege poate fi interpretată la înot astfel: înaintarea se datorează propulsiei apei pe o direcţie contrară, opusă acesteia (a) sau, (varianta de înţelegere cea mai modernă… ) vâslirile se sprijină pe aplicarea unei forţe de sprijin opuse oferită de apă (b)(vezi Counsilman, Cap.8/24)

             Incepătorul trebuie să sesizeze că, de fapt, apa este incompresibilă cu toate că densitatea ei este minimală.

            Iată un exemplu clasic în care putem remarca manifestarea aceastei legi:
           
            -începătorul este îndemnat să înainteze numai cu ajutorul mişcărilor de picioare (având în palme un sprijin plutitor / o plută de antrenament etc.), dar necunoscând tehnica, mişcările sale îl conduc spre înapoi (ca racul...)
DAR ….(atenţie),

            -dacă i se va sugera o ridicare a plutei peste orizontala apei, o simplă înălţare în aer a plutei (= Acţiune) conform acestei legi, picioarele vor căuta instinctiv un sprijin mai consistent în apă (= Reacţiune), fapt pentru care mişcarea picioarelor va tinde a  se produce mai întinsă, corectă deci şi corpul va începe să înainteze, începătorul intuind imediat adevăratul sens al mişcărilor de picioare.
            Legile pârghiilor, bine înţelese, pot oferi explicaţii convingătoare pentru cultivarea preocupării de folosire numai a tehnicii corecte, iar în planul performanţei – selecţia să fie dirjată şi de concluzii extrase din cunoaşterea acestor legi.

            Formularea clasică a legii pârghiilor reprezintă o egalitate între Forţa de aplicare a contracţiei musculare şi Rezistenţa opusă de densitatea volumului de apă, în formula:
[ F. x b.F. ]  =  [ R. x b.R. ]
adică :  valoarea Forţei contracţiei musculare (F.)  înmulţită cu Lungimea braţului care aplică această forţă (b.F.)trebuie să fie egală (=) cu valoarea Rezistenţei opusă de apă (R) (turbionară, frontală, vâscozitate,de frecare, dată de compoziţie chimică a apei, densitate, de starea fizică valuri, curgere, curenţi etc.) înmulţită cu Lungimea braţului Rezistenţei (b.R.), toate aceste repere raportate la existenţă unui punct de Sprijin (S) (*)

În general sunt admise, 3 tipuri de pârghii:
Pârghie de gradul 1
            La care dispozitivul are ordinea –
R. s. F. (ca la fântână);
-----------------------------------------
Pârghie de gradul 2
            La care dispozitivul are ordinea –
s. R. F. (ranga ridică o ladă)
-----------------------------------------
Pârghie de gradul 3
            La care dispozitivul are ordinea –
s. F. R. (cazul biomotricităţii – alergare, înot)
----------------------------------------      
            Cum pot fi apreciate, în cazul înotului, o serie de valori diferite a acestor repere ? Vom analiza câteva variante:

Ipostaza A – biotip cu talia de cca 170cm
     F. - Forţa contracţiei musculare în apă = cca.10 Kgf (valoare obişnuită la înot);
     b.F. – lungimea braţului Forţei = cca.30 cm. (valoare aprox. la Latisimus Dorsi);
     R. – Rezistenţa opusă de apă  = valoare necunoscută (X=?)
     b.R. – lungimea muşchiului de la inserţie până la vârful degetelor palmei  având braţul în poziţie corectă de vâslire = cca. 70 cm.
---------------------------
*[(F = Forţa contracţiei exprimată în Kgf.; b.F. = distanţa în cm. de la originea punctului fix a muşchiului la punctul de inserţie pe braţul Rezistenţei; R = valorile opuse de apă exprimată în Kg. / Volum apă; b.R. = distanţa de la punctul de inserţie a muşchiului efector până la punctul în care apare momentul maxim de rezistenţă a apei)]
            Introducând aveste valori în egalitatea anterioară, rezultă: 10 x 30 = R x 70, adică 300=70R, de unde R = 4,3 Kgf. 
            Pentru a verifica calculul luăm acum ca necunoscută valoare F., caz în care egalitatea ar arăta astfel:
                        F. = necunoscută
                        b.F. = cu 30 cm
                        R = 4,3 Kgf
                        b.R. = cu 70cm
            adică F x 30 = cu 4,3 x 70, ceea ce duce la 30F = 310, rezultând ca F = 10,1 Kgf.
            Aceste valori indică că alegerea lor este făcută şi apreciată în mod obiectiv, imparţial iar din punct de vedere al selecţiei conduce la cerinţa ca în activitate să fie selectaţi biotipuri cu Talie mare şi cu musculatură longilină.

            A doua ipostază: In situaţia când selecţia ar decide alegerea unui biotip cotat mediocru la valorile b.F. (musculatura responsabilă cu efectuarea contracţiei necesară vâslirii), având în vedere că lungimea musculaturii nu poate fi uşor modificată, rămâne în discuţie, ca o consecinţă certă, necesitatea de a mări b.R. (lungimea anvergurii, a braţului), ceea ce devine posibil numai printr-o tehnică de mişcare supra-corectă (!) şi care răspunde cât mai bine la legile mai înainte amintite.
( la acest capitol pot exista numeroase variaţii ale valorilor discutate, noi am ales două dintre cele mai importante pentru înotul sportiv).

04. Compunerea / Descompunerea forţelor, derivă din geometria aplicată.

            Cunoscând valorile Forţei prin calcularea egalităţii pârghiilor de gradul 3 (mai înainte analizată) putem explica sensul şi valoarea unei mişcări (a unui moment urmărit, calcularea unui vector conf.cu direcţia sa etc.), aşa cum se poate observa din grafica următoare ...
       

            In figura prezentată este analizată compunerea şi decompunerea forţelor care apar în anumite momente în timpul vîslirii (conf.’regulii laturilor egale şi paralele două câte două în cazul unui paralelogram’).
            Eficienţa va depinde de modul cum este aplicată forţa prin cea mai convenabilă poziţie adoptată de o suprafaţă de vâslire (palma, întreg braţul, sau picioarele etc).
            La momentul 1 . rezultanta Forţei aplicate este perpendiculară pe planul palmei, iar descompunerea acesteia ne arată că vectorul orizontal care are sensul dat de vâslire (P) este mai mic decât vectorul vertical care nu este implicat în reuşita vâslirii (N)         Astfel, la acest moment al vâslirii se poate spune ca Forţa aplicată nu serveşte pozitiv înaintarea ci, mai repede, necesitatea de a pluti – concluzia ar fi indicaţia - sportivul să poziţioneze palma nu cu planul de atac pus ’capac’ pe orizontala apei ci pe o direcţie apropiată de verticală care ar permite o mai bună aplicare a Forţei spre a sprijini înaintarea şi nu plutirea. Dacă, dinpotrivă adoptă această poziţie este cert că ea va servi plutirii – vezi faza de alunecare prielnică la orice procedeu de înot
            La momentul 2  rezultanta Forţei aplicate poate fi descompusă, tot conform ’regulii laturilor egale şi paralele două câte două în cazul unui paralelogram’ rezultând un vector mai mare pe orizontală (adică în sensul direcţiei vâslirii) componentă ce are o valoare pozitivă (P) mai mare decât vectorul vertical care susţine plutirea, componentă care va avea o valoare negativă (N), deci mai mică.
            In următoarele momente ale mişcării de vâslire, dacă palma va fi menţinută corect având degetele orientate în jos, descompunerea Forţei de vâslire se va produce la fel ca la momentul 2, indicaţia fiind cu atât mai importantă având în vedere cerinţa, posibilitatea ca sportivul să menţină planul palmei perpendicular pe direcţia de înot, respectiv pe planul axului lung al corpului.
            
                 [correct]                  [greşit]

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

            Aceste aspecte, pur teoretice, trebuie să ne convingă dece sunt atât de importante indicaţii ca ’ţine cotul sus’ sau în cazul vâslirii bras cu picioarele ’întoarce şpiţurile spre în afară’ etc.
[Ţine cotul sus, înainte …!]

[Ţine şpiţurile, labele ca ’Charlie Chaplin’…! ]
(grafica INOT-manual metodic, M.Olaru, ed. Sport-Turism, 1982, Buc.

05. Centrul de greutate (CG)

            Reprezintă punctul în care se află concentrate Forţele care compun Massa – Greutatea corpului (CG).
            Acest reper, de regulă,  nu se suprapune cu punctul în care înotătorul obţine Echilibrul în apă (CE), mai întotdeauna, există o diferenţă de poziţionare a acestora.
            Ar fi dorit ca ele să coencidă  dar nu se poate întâmpla aşa ceva prea des (doar dacă activitatea de selecţie este preocupată de acest aspect în fond tranzitoriu...)..
            In cazul cînd CG se află sub centrul de echilibru (CE) vom avea o poziţionarea fericită – acest fapt atestă că jumătatea superioară a corpului este mai ’uşoară’ şi deci vîslirile nu vor fi efectuate şi pentru a susţine plutirea acestei părţi; invers, când CG este deasupra CE este posibil ca jumătatea inferioară a corpului să fie mai grea, caz în care picioarele ar ’atârna’ mai adânc si deci atât braţele cât şi picioarele, mai ales, vor fi mai mult implicate în asigurarea unei plutiri convenabile în detrimentul aplicării energiilor pentru înaintare ca în figura următoare:

(grafica din INOT.-Manual metodic, M. Olaru, ed. EST, 1982)

06. De la Bernoulli la … Counsilman

            Daniel Bernoulli (1700-1782), matematician şi fizician elveţian interesat în domeniul mecanicii fluidelor şi gazelor a fost interpretat ingenios de Dr.J.Counsilman în Science of swimming, Indiana, 1977, USA. care pornind de la legile lui Bernoulli, a observat că efectul propulsiv pe care îl au palele unei elice este asemănător mişcărilor de vâslire corecte efectuate de înotător. (fiecare pală acţionează pe distanţe scurte volume cît mai mari de apă, aer., asemănător mişcărilor de vâslire la înot.)

            El a remarcat că fiecare vâslire are în compoziţia sa elementele pe care le are elicea aflată în mişcare şi anume – în speţă, palmele caută să aplice forţa pe direcţii scurte, laterale pentru a cuprinde / străbate volume cât mai mari de apă şi astfel să obţină un sprijin mai mare din partea acesteia, asta în comparaţie cu aplicarea forţei pe o distanţă lungă care va ‘scăpa’ apa din palme si deci volumul dislocuit va fi mai mic, ineficient.

            In acest model se poate regasi şi relaţia pârghiilor de gradul 3 care sunt specifice biomotricităţii – în fapt înotătorul se sprijină de apă şi astfel va înainta spre deosebirea, aparentă, prin care înotătorul va înainta - dacă dislocă cât mai multă apă împingînd-o pe direcţie contrară înaintării!

            In final, deşi pare neaşteptat, vâslirea corectă este o mişcare sinusoidă şi nu una liniară, aşa cum rezultă şi din grafica alăturată




 (*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

[ fiecare procedeu tehnic de înot, are la mişcarea braţelor o formă asemănătoare cu mişcarea elicei – helicoidală]


            Aceste imagini arată două interpretări vechi despre realizarea vâslirilor .:

            Prima are compunerea momentelor identică cu cea a vapoarelor cu zbaturi
 (sectorul producător de viteză este foarte scurt, în schimb componenta destinată plutirii este mare...);
            A doua reprezintă forma de mişcare catherpilară – a şenilei de tractor (de unde lipseşte momentul de alunecare în folosul prelungirii momentelor de tracţiune a apei).          Ambele reprezentări sunt inexacte şi reflectă modul cum era conceput înotul în urmă cu cca 50-100 de ani
           

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

            Studiile lui J. Counsilman au demonstrat că, de fapt, vâslirile se compun ca părţi ale mişcăriii helicoidale – asemănătoare cu cea a elicei. In felul acesta se explică şi teoria pârghiilor de gradul III (proprii biomotricităţii animale, umane) şi se înţelege că vâslirea este cu atât mai eficientă cu cât ea dislocă volume mari de apă – pe distanţe scurte (maximum de randament)

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)


07.   ASPIRATIA HIDRODINAMICA

            Reprezintă fenomenul prin care apa realizează, la trecerea corpului spre înainte..,  o formă de frânare suplimentară; apare pe suprafaţa posterioară a palmei, braţului care vâsleşte, prin formarea unui volum gol de aer pe care apa tinde să-l ocupe difuzându-se astfel în direcţie inversă vâslirii, 'aspirând' apa şi contribuind astfel la creşterea rezistenţei opusă la înaintarea corpului (Bernoulli) ;


(Grafica din Plavanie, 1988, Fizkultura I Sport)

[ Iată cum întrevede cercetătorul rus V.I. Lopuhin atenuarea, în antrenament, a efectelor absorbţiei negative la înot]


             Pentru tehnica sportivă corectă şi eficientă se impune respectarea cerinţei de realizare a vâslirilor cu o forţă optimă corelată cu mărimea suprafeţei care efectuează vâslirea, astfel:

-  dacă suprafaţa de vâslire este mică (cazul copiilor începători), atunci forţa vâslirii va avea o valoare mică iar pentru a realiza o viteză cît mai mare copilul va creşte 'tempo'-ul (ceea ce va spori consumul de energie şi implicit gradul de oboseală...);


-   dacă, dinpotrivă, suprafaţa de vîslire este mare (cazul adulţilor cu tehnică corectă, sau, cînd sunt folosite ‘palmarele’), forţa  de vâslire va avea o valoare mare, iar eficienţa va fi atinsă prin scăderea 'tempo'-ului (ceea ce va creşte randamentul înaintării iar procentual gradul de oboseală nu va fi mare).




             Cea de a 2-a soluţie (prin scăderea tempoului şi creşterea forţei) este dezirabilă

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

            Iată ilustrarea teoretică a două probleme care apar la înaintarea unui corp în apă: Rezistenţa frontală în funcţie de suprafaţa care o are apa de întâmpinat (+) şi, Aspiraţie negativă care apare după trecerea apei (-).

            Ambele forţe au efect frenator deci (atât la Selecţia pentru performanţă cât şi la învăţarea tehnicii corecte) – corpul înotătorului ar trebui să fie cât mai lung şi îngust (spre deosebire de imaginea clasică – înotătorul cu umerii largi...) iar atunci când evoluează – apa să întâlnească cât mai puţine protuberanţe care fie că se opun ca componente al Rezistenţei frontale (+) fie că oferă condiţiile apariţiei Aspiraţiei hidrodinamice negative
(-).
(grafica din Biomehanika plavania, V.M. Zaţiorski, Fizkultura I Sport, 1981)

[Ilustrarea concretă a forţelor care apar în cazul aspiraţiei hidrodinamice]

            Incă odată, iată o demonstraţie care convinge că practicarea înotului sportiv trebuie să beneficieze de un biotip aparte şi de o tehnică de mişcare cât mai corectă.
08 NUMĂRUL FROUDE-REYNOLDS

            Sunt nume cu rezonanţă în lumea navigaţiei, în speţă legate de mecanica fluidelor care, desigur, că îşi are loc şi în legătură cu evoluţiile înotătorilor.
            Preocupările ştinţifice certe ale constructorilor de nave despre mecanica fluidelor (*)  încep a fi cunoscute încă din ani 1800.
             Lor le-au fost adăugate şi lucrările lui Froude şi Reynolds. Aşa s-a ajuns la formularea numărului Froude care rezultă din calcularea formulei:
, adică: Viteza ambarcaţiunii (alias - corpul sportivului …) împărţită la radical din Acceleraţia Gravităţii înmulţită cu Lungimea ambarcaţiuni / corpului….

            In cazul înaintării prin apă rezistenţa acesteia este consecinţa a 2 elemente: Rezistenţa frontală (de val) care reprezintă cca. 80-85% din valoarea rezistenţei totale şi Rezistenţa de frecare (aspiraţia) cca 10-12% ..
           
            Rezistenţa frontală poate fi asociată cu densitatea apei dislocite de corpul care înaintează şi se manifesta printr-un şuvoi de                         apă de jur împrejurul corpului (în plan frontal) deci şi a protuberanţelor acestuia etc., şuvoi care determină o încetinire a înaintării.

(grafica din Biomehanika planavie, V.M. Zaţiorski, Fizkultura I Sport, 1981)

[Similitudini între configuraţia corpului aflat în apă / stânga şi carena unei ambarcaţiuni proiectate conform Nr. Froude / dreapta]

             Din studii recente (Hoerner, 1965) rezultă că calcularea -Numărului Froude-Reynolds optim la corpul uman este 0,42 el poate fi atins de sportivii care au Talia înaltă şi pot astfel înainta cu Viteze ridicate (alte valori duc la rezultate scăzute ale acestui număr etalon) (a),

            0 altă concluzie se referă la cerinţa de a avea corpul cât mai mult timp menţinut într-o poziţie bine întinsă, asigurînd astfel Lungimea optimă a acestuia (constructorii de nave au o expresie sugestivă: ’Lungimea ... fuge !’ – adică corpurile lungi şi înguste pot dezvolta viteze mari cu efort micşorat).(b),

            idem, înaintarea la o adâncime de cca 20% din lungimea a unui înotător oferă o reducere considerabilă a rezistenţei de înaintare (c), deci –

            creşterea vitezei de înaintare prin scăderea rezistenţei frontale se realizează prin poziţionarea optimă a corpului în adâncimea apei .
           
            Idem, în cazul deplasării în apă , Rezistenţa ei creste în progresie geometrică faţă de Viteza de înaintare ce poate creşte doar în  progresie  aritmetică a (d), deci

            sportivul va trebui să fie preocupat spre aş controla poziţia corectă, stabilă de înot şi, evident, de a vâsli pe traectoriile cele mai corecte.
           

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

            Forma corpului isi poate spune cuvantul în manifestarea tehnicii corecte; eficienţa hidrodinamicã a înaintãrii  este strâns legată de forma corpului.
            Ca orice corp scufundat în apã (cu referire la nave despre care existã studii şi cercetãri minuţioase, vezi nr. Froude, Reynolds ş.a.), corpul înotãtorului întâmpinã o
rezistenţã echivalentã cu Rezistenţa cu care apa se opune deplasãrii la o vitezã datã.
            Teoretic aceastã rezistenţã este compusã din 'Rezistenţa de presiune'(Rp) şi 'Rezistenţa de frecare'(Rf), ambele componente se manifestã în funcţie de forma corpului şi viteza de deplasarea acestuia.
            Studiile fãcute pe diferite tipuri de forme au condus la stabilirea unui 'Coeficient de rezistenţã'(Cr).

            În cazul corpului uman variabilitatea acestei forme (static, dar şi dinamic, mai ales) corect apreciat poate da un 'Indice personal de rezistenţã la înaintare' sau de 'glisare' - se admite, la modul general, cã pentru stabilirea,

-----------------------------
                ( *cap. al Mecanicii care se ocupă cu studiul legilor de echilibru sau mişcare a fluidelor, precum şi cu acţiunea lor asupra corpurilor solide cu care vin în contact)
----------------------
calcularea acestuia este necesarã mãsurarea principalelor dimensiuni, care, ca şi în cazul navelor, simplificând analogia, este vorba despre Talie şi Diametrul biacromial: cu cât raportul acestora este mai mic cu atâta Cr. este mai mare şi deci inofensiv, pozitiv.

            Raportul dintre dimensiuni (Rd) (Talie/Diametru) dă o valoare teoretică a Coeficientului de rezistenţă (Cr.)  aşa cum rezultã din tabel:

Raportul între lungime / lãţime= Rd                 
şi Coeficientul de rezistenţã = Cr
Rd.          Cr.
-------------------------------------------------
2,o           0,20
3,o            0,10
4,o            0,08
5,o            0,06
10,o           0,083
20,o            0,0094
-------------------------------------------------
           
Prin aplicarea legilor similitudinii de la modelul hidrodinamic al navei la modelul corpului înotãtorului selecţionat (relaţii între viteza de înaintare şi forţele de rezistenţã, proprietãţile apei, vâscozitate, densitate, apă stabilã/agitatã etc.) corpul uman se poate încadra ca fiind situat  între Rd = 3,0 - 5,0.
            Regula nr. 1 a poziţiei faţã de înaintare în cazul calculãrii rezistenţei este, am evidenţiat anterior.., datã de expresia 'lungimea fuge...', ceea ce înseamnã cã cu cât corpul (talia) este mai lung cu atât mai mari sunt şansele de a înainta cu vitezã: în cazul unui biotip de 160 cm cu diametrul biacromial de 50cm Rd-ul va fi de cca. 3,2 (adicã un Cr. de 0,10) dar în cazul unui biotip de 190cm. cu diametrul 45cm - Rd-ul va fi de cca. 4,2 (adicã un Cr de 0,079, valoare foarte convenabilă înaintării).

            Urmãrind evoluţia biotipului de înotãtor selecţionat pentru sportul de mare performanţă, în timp, se remarcã o schimbare de fineţe dar semnificativã: de la tipul de înotãtor cu umerii largi şi talie medie  (spate tronconic, ‘tarzan’) spre tipul deosebit de înalt cu umerii mai înguşti (trunchiul cilindric sau al formei de 'creion').

            Tipul tronconic este mai puţin eficient hidrodinamic decât cel cilidric vezi biotipul generaţiei Matt Biondi, J.Montgomery, Al.Popov şi mai ales M.Gross care depăşeşte ca talie 2.0m.    

            Problema discutatã ţine de domeniul selecţiei şi ea trebuie încã odatã sã convingã cã angrenarea în pregãtirea sportivã de performanţã a unor biotipuri inadecvate va limita covãrşitor producerea  rezultatelor de excepţie.

(grafica din INOT-Manual meodic, M. Olaru, ed. Sport-Turism, 1982, Buc)

[ Ilustrare sugestivă a principalelor biotiupuri ecunoscute la practicarea înotului sportive de mare performanţă]

Rezumat

            In finalul acestei expuneri, încercăm încă odată să convingem cititorul că la înot, nici o performanţă nu va putea fi cert realizată fără ca sportivul să beneficieze de cea mai bună, corectă tehnică de mişcare, virtuozitate care nu ar trebui să se modifice nici în cazul celor mai mari eforturi, care însoţesc reuşita (performaţa, recordul).

Bibliografie selectivă

1925 Auge Claude – Nouveau petit Larousse ilustre, lib. Larousse, Paris,.
1974 Counsilman, J - The science of Swimming, Prentice Hall Inc., USA
1977 Counsilman J. – Competitive Swimming Manual, Bloomington Indiana 
1978 Sgrumala, Bidoaie – Proiectarea navelor mici, Ed. Tehnică, , Buc.
1981 Zaţiorscki V.M.– Biomehanika Plavanie,  Fizkultura i Sport, , Moakva
1983 Manno Renato – Teoria dell’allenamento – Nuoto, Scuola dello sport, , Roma,
1987 Urmuzescu A. – Randamentul optim la înot, Ed. CCDEFS, Buc



Capitolul V
ARHIMEDE, NEWTON, BERNOULLI, FROUDE- REYNOLDS .... la INOT
Sumar
 01   Legile fizicei, ale mecanicii si hidrodinamicei evocate                          prin prisma practicării înotului. 02 . Hidrostatica
03.  Mecanică  (legea inerţiei, acceleraţiei, acţiunii-reacţiunii, pârghiile)  04. Compunerea / descompunerea forţelor,  05.  Centrul de greutate (cg)  06. De la Bernoulli la  Counsilman  07. Aaspiratia hidrodinamica
08.  Numărul froude-reynolds  09. Profil hidrodinamc: rezumat+bibliografie selectiva

01    Legile fizicei, ale mecanicii si hidrodinamicei evocate prin prisma practicării înotului.
            Inotul, odată învăţat, oferă practicantului o mare libertate de mişcare în apă. Când este vorba de divertisment şi joacă despre corectitudinea mişcărilor nu poate fi vorba (poate exceptând mecanismul actului respirator...) dar în momentul când apare interes pentru întrecere, cel vizat începe să observe că există anumite limite şi condiţii care guvernează reuşita plutirii, înaintării, întrecerii spre performanţă.

            Astfel se poate înţelege interesul multor antrenori de a explica elevilor, sportivilor, studenţilor – viitorii antrenori, intimitatea acţiunii de a înota.
            In acest sens putem invoca o serie dintre legile mecanicii, hidromotricităţii sau hidrostaticii care, alături de talentul, veielităţile şi capacitatea biofuncţională a unui individ aflat în apă, atent interpretate, pot ajuta la obţinerea eficienţei, a performanţei.

             A înota corect tehnica unui procedeu permite o abordare, în viitor, a performanţei – fără această egalitate (corectitudine / talent) performanţa va întârzia să apară !!!
            Iată o succintă trecere în revistă a principalelor legi care pot fi invocate în practicarea cu tehnică corectă a înotului:
           
02 . Hidrostatica
            Să începem, cronologic, cu ARHIMEDE - 287-212 î.H: Ilustrul om de stiinţă, cercetător, inventator grec, descoperitor al multor fenomene, legi din domeniul fizicii, matematicii (geometriei) etc.

            ’Principiul lui Arhimede’ reprezintă o importanţă deosebită şi pentru activitatea de înot;
"toate corpurile scufudate într-un lichid pierd o greutate egală cu greutatea volumului de lichid dizlocuit" ( în franceză: Tout corps plonje dans un fluide perd une partie de son poids egale au poids du volume de fluide qu’il deplace ‘’ ).
Iată istoria sa …..

            Hieron, rege al Siracuzei, bănuia de fraudă un bijutier care i-a confecţionat o frumoasă coroană din aur, aliind, se pare, cu o mare cantitate de argint. Hieron l-a consultat pe Arhimede asupra mijloacelor de a descoperi această presupusă fraudă, fără a recurge la topirea coroanei.(!)
            Ilustrul savant a reflectat mult fără a găsi soluţia necesară.
            Într-o zi, cînd era în baie, şi-a dat seama că membrele sale scufundate în apă pierd considerabil din propria lor greutate, că de exemplu, poate mişca unul dintre picioare mai uşor decît în condiţii terestre etc.
            Această constatare i-a furnizat şi răspunsul la întrebarea care îl frămînta - mijlocul de a determina greutatea specifică a corpurilor în raport cu apa luată ca unitate de referinţă.
            Entuziasmat de această descoperire, a ieşit din baie şi alergînd 'gol-puşcă' spre palatul lui Hieron a început să strige "Evrika, Evrika" (‘Am găsit’), cuvinte rămase celebre în memoria omenirii de-a lungul secolelor.
            Nu se mai ştie ce s-a întîmplat cu coroana lui Hieron, dar cert este că legea descoperită şi-a găsit largi aplicaţii la construirea navelor şi chiar la fundamentarea teoretică a activităţii de înot.
           
            Capacitatea de a pluti a corpului omenesc depinde de mai mulţi factori: mecanici (echilibrul faţă de centru de greutate), motrici (gradul de relaxare / rigiditate care pot ajuta / deranja păstrarea echilibrului dorit), funcţionali (capacitatea de a controla actul respirator, ş.a.).
            Aşa cum există destui înotători care nu ştiu să respire corect, aşa există sportivi care nedând importanţă cerinţelor unei bune plutiri îşi asumă o grea sarcină de a înainta cheltuind forţă, depunând efort şi pentru a pluti (mai ales cei cu masă musculară, osoasă prea mare etc.).
            Flotabilitatea se va manifesta pozitiv dacă Greutatea Specifică (GS) a corpului aflat în imersie are o valoare cât mai apropiată de GS-ul apei dulci, naturale, la temperatura etalon de 20o C., când apa are valoarea = 1,000; apa de mare, conţinând mai multe săruri minerale dizolvate are un GS de cca. 1,025, valoare care fiind mai apropiată de GS -ul uman permite o îmbunătăţire a flotabilităţii, omul la mare înoată mai lejer.
            Specialiştii afirmă că GS-ul corpului uman variază între 0,970 – 1,200, media rezultând din GS-ul ţesutului muscular (cca. 1,085), a celui osos compact (cca. 1,900), al celui adipos (cca. 0,700) de unde rezultă că biotipul endomorf (corpolent, voluminos) va disloca o cantitate mai mare de apă decît propria lor greutate şi astfel au şansa de a pluti cu mai mare uşurinţă; la extrema cealaltă se află biotipul ectomorf (compact, greu) care dislocuind o cantitate mai mică de apă faţă de greutatea lor vor avea o plutire dificilă.
[Flotabilitatea poate fi crescută artificial (colacul de înot) dar şi o respiraţie amplă şi lejeră o ajută în mod direct.]

            Calitatea de a pluti (uşor / dificil ) poate fi testată în ’pluta verticală’ – având braţele ridicate deasupra capului, corpul va pluti sau se va scufunda ad-hoc, aidoma mercurului unui termometru.
(grafica INOT- manual metodic, M. Olaru, ed. EST, 1982)

03.   Mecanică –
Legile formulate de Sir Isaac Newton (1642-1727).

            Prima lege - Legea Inerţiei este astfel formulată : un corp aflat în stare de Repaus sau de Mişcare uniformă, rectilinie va continua să păstreze starea sa iniţială atât timp cât asupra sa nu acţionează o altă Forţă externă sau în cazul corpului uman o Forţă internă ( în engleză – A body at rest or in uniform motion in a straight line continues in that state until acted upon by some external force, or in the case of the human body, some internal force).
            In cazul nostru – se presupune că pentru a iniţia o mişcare de înot s-ar cere a fi depăşită inerţia de repaus sau a modifica mişcarea prin forţa internă, a contracţiilor musculare..
            Odată începută, mişcarea poate fi influenţată, îngreunată de Rezistenţa apei, de Efectul gravitaţional şi de însăşi caracterul Pârghilor care participă la biomecanica mişcării  prin oasele membrelor şi articulaţiile care le deservesc.
            Teoretic, să acceptăm că mişcarea de vâslire constă dintr-o trecere de la poziţia de repaus (statică) la inerţia de înaintare (dinamică) cu tendinţa evidentă de a reveni la inerţia de repaus datorită apei, gravitaţiei şi, mai ales, a lipsei unei noi forţe sau a diminuării acesteia printr-o tehnică greşită, rudimentară de vâslire.
(grafica din Biomehanika plavania, V.M. Zaţiorski, Fizkultura I Sport, 1981)

[Invingerea inerţiei se manifestă şi în asemenea exerciţii+dispozitive care îngreunează înaintarea]

            Incepătorii nu ştiu cum să alimenteze optim, eficient inerţia dinamică iniţiată; ei vor încerca la întâmplare şi fără a cunoaşte bine (până la automatizare) geometria mişcărilor corecte nu reuşesc să depăşească perspectiva revenirii la starea de repaus.

            Ei cred că adoptând tempouri ridicate (suite de mişcări inadecvate învingerii rezistenţei apei), pot reuşi să înainteze dar astfel oboseala apare de foarte timpuriu pe un randament scăzut şi eficienţă precară.

            Începătorul nu este conştient de acest regim greşit de mişcare. El nu are capacitatea tehnică corectă şi numai după mai multe repetări, tatonări, va învăţa cum să-şi menţină, să alimenteze facil stare de inerţie dinamică.

            Repetând corect, treptat vor dispărea mişcările dezordonate, imprecise, de ex. - începătorul craulist nu va mai ’ciomăgi’ apa, brasistul învaţă să diferenţieze faza de pregătire a vâslirii cu picioarele (care se cere a fi mai lentă...) de faza propriu-zisă a împingerii eliptice a apei (care trebuie să fie cât mai energică,...), spatistul va evita să mai ’plesnească’ zgomotos apa cu braţele (pentru a evita  ’împotrivirea’ naturală a apei), delfinistul va începe să sincronizeze cele 2 ondulaţii cu fazele ieşirii +  intrării braţelor în apă, etc.  
            Intre etapa în care începătorul execută mişcările cu rigiditate, având braţele exagerat de mult încordate şi etapa în care el execută mişcarea suplu, folosind corect articulaţiile (coate, ghenunchi etc.) este un drum cam anevoios, presărat de efort de conştientizare (atenţia), apoi de automatizare (răbdarea) pentru a deprinde, in fond, cum se aplică corect – ’prima lege a mecanicii’... – în fapt adoptarea unei prestaţii biomotrice care va avea un tempou optim iar obligatoriu - un traseu corect de vâslire.

            Aceste doua repere pot fi înţelese de începător daca acestuia i se recomandă: ’înoată cu cât mai puţine mişcări fără ca acest tempo să-ţi scadă viteza de înaintare’... , indicaţie care solicită atât  o bună ’drămăluire’ cât şi o atentă ’cheltuială’ a efortului, în fond - grija de a înota corect, cerinţe atât de plastic exprimate în celebrul aforism antic :

Festina lente..., Grăbeşte-te încet !!!
                                  
                                               (vezi Anexa nr.9)


            Legea a 2-a: a Acceleraţiei, este formulată astfel: schimbarea poziţiei sau a momentului unui corp este proporţională cu Forţa, invers-proporţională cu Greutatea şi are direcţia indicată de aplicare a Forţei dominante
(în engleză:  the rate of change of momentum of a body is proportional to the Force, inversely proportional to the Mass of the body, and takes place in the direction in wish the Force acts).
           
            In cazul înotului, vâslirile braţelor, propulsia picioarelor sunt generatoare de Forţă a cărei aplicare va avea ca rezultat schimbarea poziţei corpului (înaintarea).           
            Această înaintare va fi cu atât mai mare cu cât Forţa aplicată este mai mare (1), înaintarea va fi mai mult ajutată cu cât Greutatea corpului este mai mică (2) şi, înaintarea va avea direcţia dominantă dată de execuţia tehnică (cât mai perfectă...) a mişcărilor de  înot (din tehnica celor 4 procedee sportive)(3).      
            Urmărind această enumerare, se remarcă ca o necesitate evidentă următoarele cerinţe: înotătorul să fie viguros, puternic (să aibe Forţă) pentru a se impune în faţa apei (a), să fie cât mai uşor în apă pentru o cât mai bună flotabilitate (criteriul ’ oaselor de porumbel’) (b), înotătorul va înainta după cum aplică (corect / incorect) Forţa vâslirilor (c).

            Dacă aceste vâsliri vor fi aliniate la axul lung al corpului aflat în imersie - direcţia va fi rectilinie, în caz contrar direcţia va fi imprevizibilă, în cel mai bun caz – şerpuită.

            Acest amănunt pune, în odată, în valoare recomandarea de a înota corect: lungimea unui bazin are 50m dar prin şerpuire este cert că înotătorul va parcurge mai mult decât 50m....?! Iar cronometrul sau oboseala va certifica acest lucru ....

            Legea  3-a: a Acţiunii şi  Reacţiunii, este formulată astfel: fiecărei Acţiuni îi corespunde o Reacţiune egală şi de sens opus ( în engleză: to every Action there is an equal and opposite Reaction).

            La modul general - această lege poate fi interpretată la înot astfel: înaintarea se datorează propulsiei apei pe o direcţie contrară, opusă acesteia (a) sau, (varianta de înţelegere cea mai modernă… ) vâslirile se sprijină pe aplicarea unei forţe de sprijin opuse oferită de apă (b)(vezi Counsilman, Cap.8/24)

             Incepătorul trebuie să sesizeze că, de fapt, apa este incompresibilă cu toate că densitatea ei este minimală.

            Iată un exemplu clasic în care putem remarca manifestarea aceastei legi:
           
            -începătorul este îndemnat să înainteze numai cu ajutorul mişcărilor de picioare (având în palme un sprijin plutitor / o plută de antrenament etc.), dar necunoscând tehnica, mişcările sale îl conduc spre înapoi (ca racul...)
DAR ….(atenţie),

            -dacă i se va sugera o ridicare a plutei peste orizontala apei, o simplă înălţare în aer a plutei (= Acţiune) conform acestei legi, picioarele vor căuta instinctiv un sprijin mai consistent în apă (= Reacţiune), fapt pentru care mişcarea picioarelor va tinde a  se produce mai întinsă, corectă deci şi corpul va începe să înainteze, începătorul intuind imediat adevăratul sens al mişcărilor de picioare.
            Legile pârghiilor, bine înţelese, pot oferi explicaţii convingătoare pentru cultivarea preocupării de folosire numai a tehnicii corecte, iar în planul performanţei – selecţia să fie dirjată şi de concluzii extrase din cunoaşterea acestor legi.

            Formularea clasică a legii pârghiilor reprezintă o egalitate între Forţa de aplicare a contracţiei musculare şi Rezistenţa opusă de densitatea volumului de apă, în formula:
[ F. x b.F. ]  =  [ R. x b.R. ]
adică :  valoarea Forţei contracţiei musculare (F.)  înmulţită cu Lungimea braţului care aplică această forţă (b.F.)trebuie să fie egală (=) cu valoarea Rezistenţei opusă de apă (R) (turbionară, frontală, vâscozitate,de frecare, dată de compoziţie chimică a apei, densitate, de starea fizică valuri, curgere, curenţi etc.) înmulţită cu Lungimea braţului Rezistenţei (b.R.), toate aceste repere raportate la existenţă unui punct de Sprijin (S) (*)

În general sunt admise, 3 tipuri de pârghii:
Pârghie de gradul 1
            La care dispozitivul are ordinea –
R. s. F. (ca la fântână);
-----------------------------------------
Pârghie de gradul 2
            La care dispozitivul are ordinea –
s. R. F. (ranga ridică o ladă)
-----------------------------------------
Pârghie de gradul 3
            La care dispozitivul are ordinea –
s. F. R. (cazul biomotricităţii – alergare, înot)
----------------------------------------      
            Cum pot fi apreciate, în cazul înotului, o serie de valori diferite a acestor repere ? Vom analiza câteva variante:

Ipostaza A – biotip cu talia de cca 170cm
     F. - Forţa contracţiei musculare în apă = cca.10 Kgf (valoare obişnuită la înot);
     b.F. – lungimea braţului Forţei = cca.30 cm. (valoare aprox. la Latisimus Dorsi);
     R. – Rezistenţa opusă de apă  = valoare necunoscută (X=?)
     b.R. – lungimea muşchiului de la inserţie până la vârful degetelor palmei  având braţul în poziţie corectă de vâslire = cca. 70 cm.
---------------------------
*[(F = Forţa contracţiei exprimată în Kgf.; b.F. = distanţa în cm. de la originea punctului fix a muşchiului la punctul de inserţie pe braţul Rezistenţei; R = valorile opuse de apă exprimată în Kg. / Volum apă; b.R. = distanţa de la punctul de inserţie a muşchiului efector până la punctul în care apare momentul maxim de rezistenţă a apei)]
            Introducând aveste valori în egalitatea anterioară, rezultă: 10 x 30 = R x 70, adică 300=70R, de unde R = 4,3 Kgf. 
            Pentru a verifica calculul luăm acum ca necunoscută valoare F., caz în care egalitatea ar arăta astfel:
                        F. = necunoscută
                        b.F. = cu 30 cm
                        R = 4,3 Kgf
                        b.R. = cu 70cm
            adică F x 30 = cu 4,3 x 70, ceea ce duce la 30F = 310, rezultând ca F = 10,1 Kgf.
            Aceste valori indică că alegerea lor este făcută şi apreciată în mod obiectiv, imparţial iar din punct de vedere al selecţiei conduce la cerinţa ca în activitate să fie selectaţi biotipuri cu Talie mare şi cu musculatură longilină.

            A doua ipostază: In situaţia când selecţia ar decide alegerea unui biotip cotat mediocru la valorile b.F. (musculatura responsabilă cu efectuarea contracţiei necesară vâslirii), având în vedere că lungimea musculaturii nu poate fi uşor modificată, rămâne în discuţie, ca o consecinţă certă, necesitatea de a mări b.R. (lungimea anvergurii, a braţului), ceea ce devine posibil numai printr-o tehnică de mişcare supra-corectă (!) şi care răspunde cât mai bine la legile mai înainte amintite.
( la acest capitol pot exista numeroase variaţii ale valorilor discutate, noi am ales două dintre cele mai importante pentru înotul sportiv).

04. Compunerea / Descompunerea forţelor, derivă din geometria aplicată.

            Cunoscând valorile Forţei prin calcularea egalităţii pârghiilor de gradul 3 (mai înainte analizată) putem explica sensul şi valoarea unei mişcări (a unui moment urmărit, calcularea unui vector conf.cu direcţia sa etc.), aşa cum se poate observa din grafica următoare ...
       

            In figura prezentată este analizată compunerea şi decompunerea forţelor care apar în anumite momente în timpul vîslirii (conf.’regulii laturilor egale şi paralele două câte două în cazul unui paralelogram’).
            Eficienţa va depinde de modul cum este aplicată forţa prin cea mai convenabilă poziţie adoptată de o suprafaţă de vâslire (palma, întreg braţul, sau picioarele etc).
            La momentul 1 . rezultanta Forţei aplicate este perpendiculară pe planul palmei, iar descompunerea acesteia ne arată că vectorul orizontal care are sensul dat de vâslire (P) este mai mic decât vectorul vertical care nu este implicat în reuşita vâslirii (N)         Astfel, la acest moment al vâslirii se poate spune ca Forţa aplicată nu serveşte pozitiv înaintarea ci, mai repede, necesitatea de a pluti – concluzia ar fi indicaţia - sportivul să poziţioneze palma nu cu planul de atac pus ’capac’ pe orizontala apei ci pe o direcţie apropiată de verticală care ar permite o mai bună aplicare a Forţei spre a sprijini înaintarea şi nu plutirea. Dacă, dinpotrivă adoptă această poziţie este cert că ea va servi plutirii – vezi faza de alunecare prielnică la orice procedeu de înot
            La momentul 2  rezultanta Forţei aplicate poate fi descompusă, tot conform ’regulii laturilor egale şi paralele două câte două în cazul unui paralelogram’ rezultând un vector mai mare pe orizontală (adică în sensul direcţiei vâslirii) componentă ce are o valoare pozitivă (P) mai mare decât vectorul vertical care susţine plutirea, componentă care va avea o valoare negativă (N), deci mai mică.
            In următoarele momente ale mişcării de vâslire, dacă palma va fi menţinută corect având degetele orientate în jos, descompunerea Forţei de vâslire se va produce la fel ca la momentul 2, indicaţia fiind cu atât mai importantă având în vedere cerinţa, posibilitatea ca sportivul să menţină planul palmei perpendicular pe direcţia de înot, respectiv pe planul axului lung al corpului.
            
                 [correct]                  [greşit]

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

            Aceste aspecte, pur teoretice, trebuie să ne convingă dece sunt atât de importante indicaţii ca ’ţine cotul sus’ sau în cazul vâslirii bras cu picioarele ’întoarce şpiţurile spre în afară’ etc.
[Ţine cotul sus, înainte …!]

[Ţine şpiţurile, labele ca ’Charlie Chaplin’…! ]
(grafica INOT-manual metodic, M.Olaru, ed. Sport-Turism, 1982, Buc.

05. Centrul de greutate (CG)

            Reprezintă punctul în care se află concentrate Forţele care compun Massa – Greutatea corpului (CG).
            Acest reper, de regulă,  nu se suprapune cu punctul în care înotătorul obţine Echilibrul în apă (CE), mai întotdeauna, există o diferenţă de poziţionare a acestora.
            Ar fi dorit ca ele să coencidă  dar nu se poate întâmpla aşa ceva prea des (doar dacă activitatea de selecţie este preocupată de acest aspect în fond tranzitoriu...)..
            In cazul cînd CG se află sub centrul de echilibru (CE) vom avea o poziţionarea fericită – acest fapt atestă că jumătatea superioară a corpului este mai ’uşoară’ şi deci vîslirile nu vor fi efectuate şi pentru a susţine plutirea acestei părţi; invers, când CG este deasupra CE este posibil ca jumătatea inferioară a corpului să fie mai grea, caz în care picioarele ar ’atârna’ mai adânc si deci atât braţele cât şi picioarele, mai ales, vor fi mai mult implicate în asigurarea unei plutiri convenabile în detrimentul aplicării energiilor pentru înaintare ca în figura următoare:

(grafica din INOT.-Manual metodic, M. Olaru, ed. EST, 1982)

06. De la Bernoulli la … Counsilman

            Daniel Bernoulli (1700-1782), matematician şi fizician elveţian interesat în domeniul mecanicii fluidelor şi gazelor a fost interpretat ingenios de Dr.J.Counsilman în Science of swimming, Indiana, 1977, USA. care pornind de la legile lui Bernoulli, a observat că efectul propulsiv pe care îl au palele unei elice este asemănător mişcărilor de vâslire corecte efectuate de înotător. (fiecare pală acţionează pe distanţe scurte volume cît mai mari de apă, aer., asemănător mişcărilor de vâslire la înot.)

            El a remarcat că fiecare vâslire are în compoziţia sa elementele pe care le are elicea aflată în mişcare şi anume – în speţă, palmele caută să aplice forţa pe direcţii scurte, laterale pentru a cuprinde / străbate volume cât mai mari de apă şi astfel să obţină un sprijin mai mare din partea acesteia, asta în comparaţie cu aplicarea forţei pe o distanţă lungă care va ‘scăpa’ apa din palme si deci volumul dislocuit va fi mai mic, ineficient.

            In acest model se poate regasi şi relaţia pârghiilor de gradul 3 care sunt specifice biomotricităţii – în fapt înotătorul se sprijină de apă şi astfel va înainta spre deosebirea, aparentă, prin care înotătorul va înainta - dacă dislocă cât mai multă apă împingînd-o pe direcţie contrară înaintării!

            In final, deşi pare neaşteptat, vâslirea corectă este o mişcare sinusoidă şi nu una liniară, aşa cum rezultă şi din grafica alăturată




 (*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

[ fiecare procedeu tehnic de înot, are la mişcarea braţelor o formă asemănătoare cu mişcarea elicei – helicoidală]


            Aceste imagini arată două interpretări vechi despre realizarea vâslirilor .:

            Prima are compunerea momentelor identică cu cea a vapoarelor cu zbaturi
 (sectorul producător de viteză este foarte scurt, în schimb componenta destinată plutirii este mare...);
            A doua reprezintă forma de mişcare catherpilară – a şenilei de tractor (de unde lipseşte momentul de alunecare în folosul prelungirii momentelor de tracţiune a apei).          Ambele reprezentări sunt inexacte şi reflectă modul cum era conceput înotul în urmă cu cca 50-100 de ani
           

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

            Studiile lui J. Counsilman au demonstrat că, de fapt, vâslirile se compun ca părţi ale mişcăriii helicoidale – asemănătoare cu cea a elicei. In felul acesta se explică şi teoria pârghiilor de gradul III (proprii biomotricităţii animale, umane) şi se înţelege că vâslirea este cu atât mai eficientă cu cât ea dislocă volume mari de apă – pe distanţe scurte (maximum de randament)

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)


07.   ASPIRATIA HIDRODINAMICA

            Reprezintă fenomenul prin care apa realizează, la trecerea corpului spre înainte..,  o formă de frânare suplimentară; apare pe suprafaţa posterioară a palmei, braţului care vâsleşte, prin formarea unui volum gol de aer pe care apa tinde să-l ocupe difuzându-se astfel în direcţie inversă vâslirii, 'aspirând' apa şi contribuind astfel la creşterea rezistenţei opusă la înaintarea corpului (Bernoulli) ;


(Grafica din Plavanie, 1988, Fizkultura I Sport)

[ Iată cum întrevede cercetătorul rus V.I. Lopuhin atenuarea, în antrenament, a efectelor absorbţiei negative la înot]


             Pentru tehnica sportivă corectă şi eficientă se impune respectarea cerinţei de realizare a vâslirilor cu o forţă optimă corelată cu mărimea suprafeţei care efectuează vâslirea, astfel:

-  dacă suprafaţa de vâslire este mică (cazul copiilor începători), atunci forţa vâslirii va avea o valoare mică iar pentru a realiza o viteză cît mai mare copilul va creşte 'tempo'-ul (ceea ce va spori consumul de energie şi implicit gradul de oboseală...);


-   dacă, dinpotrivă, suprafaţa de vîslire este mare (cazul adulţilor cu tehnică corectă, sau, cînd sunt folosite ‘palmarele’), forţa  de vâslire va avea o valoare mare, iar eficienţa va fi atinsă prin scăderea 'tempo'-ului (ceea ce va creşte randamentul înaintării iar procentual gradul de oboseală nu va fi mare).




             Cea de a 2-a soluţie (prin scăderea tempoului şi creşterea forţei) este dezirabilă

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

            Iată ilustrarea teoretică a două probleme care apar la înaintarea unui corp în apă: Rezistenţa frontală în funcţie de suprafaţa care o are apa de întâmpinat (+) şi, Aspiraţie negativă care apare după trecerea apei (-).

            Ambele forţe au efect frenator deci (atât la Selecţia pentru performanţă cât şi la învăţarea tehnicii corecte) – corpul înotătorului ar trebui să fie cât mai lung şi îngust (spre deosebire de imaginea clasică – înotătorul cu umerii largi...) iar atunci când evoluează – apa să întâlnească cât mai puţine protuberanţe care fie că se opun ca componente al Rezistenţei frontale (+) fie că oferă condiţiile apariţiei Aspiraţiei hidrodinamice negative
(-).
(grafica din Biomehanika plavania, V.M. Zaţiorski, Fizkultura I Sport, 1981)

[Ilustrarea concretă a forţelor care apar în cazul aspiraţiei hidrodinamice]

            Incă odată, iată o demonstraţie care convinge că practicarea înotului sportiv trebuie să beneficieze de un biotip aparte şi de o tehnică de mişcare cât mai corectă.
08 NUMĂRUL FROUDE-REYNOLDS

            Sunt nume cu rezonanţă în lumea navigaţiei, în speţă legate de mecanica fluidelor care, desigur, că îşi are loc şi în legătură cu evoluţiile înotătorilor.
            Preocupările ştinţifice certe ale constructorilor de nave despre mecanica fluidelor (*)  încep a fi cunoscute încă din ani 1800.
             Lor le-au fost adăugate şi lucrările lui Froude şi Reynolds. Aşa s-a ajuns la formularea numărului Froude care rezultă din calcularea formulei:
, adică: Viteza ambarcaţiunii (alias - corpul sportivului …) împărţită la radical din Acceleraţia Gravităţii înmulţită cu Lungimea ambarcaţiuni / corpului….

            In cazul înaintării prin apă rezistenţa acesteia este consecinţa a 2 elemente: Rezistenţa frontală (de val) care reprezintă cca. 80-85% din valoarea rezistenţei totale şi Rezistenţa de frecare (aspiraţia) cca 10-12% ..
           
            Rezistenţa frontală poate fi asociată cu densitatea apei dislocite de corpul care înaintează şi se manifesta printr-un şuvoi de                         apă de jur împrejurul corpului (în plan frontal) deci şi a protuberanţelor acestuia etc., şuvoi care determină o încetinire a înaintării.

(grafica din Biomehanika planavie, V.M. Zaţiorski, Fizkultura I Sport, 1981)

[Similitudini între configuraţia corpului aflat în apă / stânga şi carena unei ambarcaţiuni proiectate conform Nr. Froude / dreapta]

             Din studii recente (Hoerner, 1965) rezultă că calcularea -Numărului Froude-Reynolds optim la corpul uman este 0,42 el poate fi atins de sportivii care au Talia înaltă şi pot astfel înainta cu Viteze ridicate (alte valori duc la rezultate scăzute ale acestui număr etalon) (a),

            0 altă concluzie se referă la cerinţa de a avea corpul cât mai mult timp menţinut într-o poziţie bine întinsă, asigurînd astfel Lungimea optimă a acestuia (constructorii de nave au o expresie sugestivă: ’Lungimea ... fuge !’ – adică corpurile lungi şi înguste pot dezvolta viteze mari cu efort micşorat).(b),

            idem, înaintarea la o adâncime de cca 20% din lungimea a unui înotător oferă o reducere considerabilă a rezistenţei de înaintare (c), deci –

            creşterea vitezei de înaintare prin scăderea rezistenţei frontale se realizează prin poziţionarea optimă a corpului în adâncimea apei .
           
            Idem, în cazul deplasării în apă , Rezistenţa ei creste în progresie geometrică faţă de Viteza de înaintare ce poate creşte doar în  progresie  aritmetică a (d), deci

            sportivul va trebui să fie preocupat spre aş controla poziţia corectă, stabilă de înot şi, evident, de a vâsli pe traectoriile cele mai corecte.
           

(*grafica Science of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova,1974)

            Forma corpului isi poate spune cuvantul în manifestarea tehnicii corecte; eficienţa hidrodinamicã a înaintãrii  este strâns legată de forma corpului.
            Ca orice corp scufundat în apã (cu referire la nave despre care existã studii şi cercetãri minuţioase, vezi nr. Froude, Reynolds ş.a.), corpul înotãtorului întâmpinã o
rezistenţã echivalentã cu Rezistenţa cu care apa se opune deplasãrii la o vitezã datã.
            Teoretic aceastã rezistenţã este compusã din 'Rezistenţa de presiune'(Rp) şi 'Rezistenţa de frecare'(Rf), ambele componente se manifestã în funcţie de forma corpului şi viteza de deplasarea acestuia.
            Studiile fãcute pe diferite tipuri de forme au condus la stabilirea unui 'Coeficient de rezistenţã'(Cr).

            În cazul corpului uman variabilitatea acestei forme (static, dar şi dinamic, mai ales) corect apreciat poate da un 'Indice personal de rezistenţã la înaintare' sau de 'glisare' - se admite, la modul general, cã pentru stabilirea,

-----------------------------
                ( *cap. al Mecanicii care se ocupă cu studiul legilor de echilibru sau mişcare a fluidelor, precum şi cu acţiunea lor asupra corpurilor solide cu care vin în contact)
----------------------
calcularea acestuia este necesarã mãsurarea principalelor dimensiuni, care, ca şi în cazul navelor, simplificând analogia, este vorba despre Talie şi Diametrul biacromial: cu cât raportul acestora este mai mic cu atâta Cr. este mai mare şi deci inofensiv, pozitiv.

            Raportul dintre dimensiuni (Rd) (Talie/Diametru) dă o valoare teoretică a Coeficientului de rezistenţă (Cr.)  aşa cum rezultã din tabel:

Raportul între lungime / lãţime= Rd                 
şi Coeficientul de rezistenţã = Cr
Rd.          Cr.
-------------------------------------------------
2,o           0,20
3,o            0,10
4,o            0,08
5,o            0,06
10,o           0,083
20,o            0,0094
-------------------------------------------------
           
Prin aplicarea legilor similitudinii de la modelul hidrodinamic al navei la modelul corpului înotãtorului selecţionat (relaţii între viteza de înaintare şi forţele de rezistenţã, proprietãţile apei, vâscozitate, densitate, apă stabilã/agitatã etc.) corpul uman se poate încadra ca fiind situat  între Rd = 3,0 - 5,0.
            Regula nr. 1 a poziţiei faţã de înaintare în cazul calculãrii rezistenţei este, am evidenţiat anterior.., datã de expresia 'lungimea fuge...', ceea ce înseamnã cã cu cât corpul (talia) este mai lung cu atât mai mari sunt şansele de a înainta cu vitezã: în cazul unui biotip de 160 cm cu diametrul biacromial de 50cm Rd-ul va fi de cca. 3,2 (adicã un Cr. de 0,10) dar în cazul unui biotip de 190cm. cu diametrul 45cm - Rd-ul va fi de cca. 4,2 (adicã un Cr de 0,079, valoare foarte convenabilă înaintării).

            Urmãrind evoluţia biotipului de înotãtor selecţionat pentru sportul de mare performanţă, în timp, se remarcã o schimbare de fineţe dar semnificativã: de la tipul de înotãtor cu umerii largi şi talie medie  (spate tronconic, ‘tarzan’) spre tipul deosebit de înalt cu umerii mai înguşti (trunchiul cilindric sau al formei de 'creion').

            Tipul tronconic este mai puţin eficient hidrodinamic decât cel cilidric vezi biotipul generaţiei Matt Biondi, J.Montgomery, Al.Popov şi mai ales M.Gross care depăşeşte ca talie 2.0m.    

            Problema discutatã ţine de domeniul selecţiei şi ea trebuie încã odatã sã convingã cã angrenarea în pregãtirea sportivã de performanţã a unor biotipuri inadecvate va limita covãrşitor producerea  rezultatelor de excepţie.

(grafica din INOT-Manual meodic, M. Olaru, ed. Sport-Turism, 1982, Buc)

[ Ilustrare sugestivă a principalelor biotiupuri ecunoscute la practicarea înotului sportive de mare performanţă]

Rezumat

            In finalul acestei expuneri, încercăm încă odată să convingem cititorul că la înot, nici o performanţă nu va putea fi cert realizată fără ca sportivul să beneficieze de cea mai bună, corectă tehnică de mişcare, virtuozitate care nu ar trebui să se modifice nici în cazul celor mai mari eforturi, care însoţesc reuşita (performaţa, recordul).

Bibliografie selectivă

1925 Auge Claude – Nouveau petit Larousse ilustre, lib. Larousse, Paris,.
1974 Counsilman, J - The science of Swimming, Prentice Hall Inc., USA
1977 Counsilman J. – Competitive Swimming Manual, Bloomington Indiana 
1978 Sgrumala, Bidoaie – Proiectarea navelor mici, Ed. Tehnică, , Buc.
1981 Zaţiorscki V.M.– Biomehanika Plavanie,  Fizkultura i Sport, , Moakva
1983 Manno Renato – Teoria dell’allenamento – Nuoto, Scuola dello sport, , Roma,
1987 Urmuzescu A. – Randamentul optim la înot, Ed. CCDEFS, Buc


No comments:

Post a Comment