Chapter V {traducerea Ing. Dorel
Albutiu, Perth, Australia}
ARHIMEDE, NEWTON, BERNOULLI, FROUDE- REYNOLDS .... In
Swiming.
Summary
01 the laws of physics, mechanics, and
hydrodynamics evoked by swimming.
02. hydrostatic
03. of Mechanics (Law of Inertia, Acceleration,
Action-Response, Laws of Levers)
04. composition / decomposition of forces,
05. the center of gravity (cg)
06. from Bernoulli to Counsilman
07. hydrodynamic aspiration
08. number froude-reynolds
09. hydrodynamic profile:
abstract
+ selective bibliography
01 The laws of physics, mechanics, and hydrodynamics evoked
through the practice of swimming.
Swimming, once learned, offers the practitioner a great
freedom of movement in the water. When it comes to entertainment and playing
about the correctness of the movements it can not be (maybe except the
mechanism of the respiratory act ...) but at the moment of interest in the
competition, the target begins to notice that there are certain limits and
conditions that govern the success of the floating, , the performance race.
Thus, it can be understood the interest of many coaches to
explain to students, athletes, students - the future coaches, the intimacy of
the action to swim.
In this sense, we can invoke a series of laws of mechanics,
hydro motricity or hydro staticity that, along with the talent, the
bio-functionalities of a well-behaved, well-behaved individual, can help to
achieve efficiency, performance.
To swim correctly the technique of a process allows a future
approach to performance - without this equality (fairness / talent) performance
will be delayed to appear !!!
Here is a brief overview of the main laws that can be
invoked in practicing the correct technique of swimming:
02. Hydrostatic
Let's start, chronologically, with ARHIMEDE - 287-212 BC:
Illustrious scientist, researcher, Greek inventor, discoverer of many
phenomena, laws of physics, mathematics (geometry) etc.
The "Archimedes
Principle" is of particular importance for swimming: "toate
corpurile scufudate într-un lichid pierd o greutate egală cu greutatea
volumului de lichid dizlocuit" / “all bodies soaked in a liquid
lose weight equal to the weight of the displaced volume of liquid” ( în franceză: Tout corps plonje dans un fluide
perd une partie de son poids egale au poids du volume de fluide qu’il deplace ’
)
Here's his history ...
..
Hieron, king of Syracuse, suspected a jeweller who had made
a beautiful gold crown, alloying, apparently, with a great deal of silver.
Hieron consulted Archimedes on the means of discovering this alleged fraud,
without resorting to the melting of the crown.
The scholarly icon reflected much without finding the
necessary solution.
One day, when he was in the bathroom, he realised that his
limbs immersed in water were considerably losing their own weight, for example,
he could move one of his legs more easily than in terrestrial conditions, etc.
This finding also gave him the answer to the question he was
embracing - the means of determining the specific weight of the bodies in
relation to the water taken as the reference unit.
Excited by this discovery, he stepped out of the bathroom
and rang a shotgun to Hieron's palace and began to shout "Evrika,
Evrika" ("I Found"), words that have remained famous in the
memory of mankind for centuries.
It is not known what happened to Hieron's crown, but it
is certain that the discovered law has found extensive applications in
shipbuilding and even the theoretical foundation of swimming.
-----------------------------------------------
The ability to float the human body depends on several
factors: mechanical (equilibrium to center of gravity), motors (degree of
relaxation / rigidity that can help / disturb the preservation of the desired
balance), functional (the ability to control the respiratory act, .a.).
As there are enough swimmers who do not know how to breathe
correctly, there are athletes who do not care about the requirements of a good
float take on a heavy task of advancing by spending strength, effort and float
(especially those with too much muscular mass etc.).
The buoyancy will be positive if the Specific Gravity (GS) of
the immersed body has a value as close as possible to the natural sweet water
GS at the standard temperature of 20 ° C when the water has a value of = 1,000;
seawater, containing several dissolved mineral salts has a GS of approx. 1,025,
which is closer to the human GS, allows for improved buoyancy, the swimmer is
lighter.
Experts say that the GS of the human body varies between
0.970 - 1.200, the average resulting from the GS of the muscle tissue (about
1,085), the compact bone (about 1,900), the fat (about 0,700), where it results
that the endomorphic (corpulent, bulky) biotype will deploy a larger amount of
water than their own weight and thus have the chance to float more easily; at
the other extreme is the ectomorphic biotype (compact, hard) that displace a
smaller amount of water than their weight will have a difficult float.
[The buoyancy can be increased artificially (the swimming
coat) but also a large and light breathing helps it directly.]
The quality of floating (easy / difficult) can be tested in
the 'vertical cork' - having the arms raised above the head, will float or sink
ad-hoc, like the mercury of a thermometer.
(graphics - Methodical
manual, M. Olaru, ed. EST, 1982)
03. Mechanics - The Laws Formed by Sir Isaac Newton
(1642-1727).
The first law - the Law of Inertia is so formulated:
‘A body at rest or in uniform motion in a straight line
continues in that state until it is acted upon by some external force, or in
the case of the human body, some internal force.’ RO. – “: 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”
In our case, it is assumed that in order to initiate a
swimming movement it would be required to overcome the inertia of the rest or
to modify the movement through the internal force of the muscle contractions.
Once started, the movement can be influenced, hampered by
Water Resistance, the Gravity Effect and the very nature of Levers that
participate in the biomechanics of the movement through the limbs and the
joints that serve them
. Theoretically, let us accept that the rafting movement
consists of a transition from the resting position (static) to the inertia
(dynamic) with the obvious tendency to return to inertia due to water, gravity,
and especially the lack of a new forces or diminishing it by a faulty,
rudimentary technique of rafting.
(Graphics in
Biomehanika Plavania, V.M. Zatiorski, Fizkultura I Sport, 1981)
[The overcoming of
inertia is manifested in such exercises + devices that makes it difficult for
beginners]
Beginners do not know how to feed optimally, efficiently the
initiated dynamic inertia; they will try at random and without knowing well
(until automation) the geometry of correct movements fails to overcome the
prospect of returning to rest.
They believe that adopting high tempos (suits of movements
inadequate to overcome water resistance) can progress, but so fatigue occurs
very early on low yield and poor efficiency.
The beginner is unaware of this misguided mode of movement.
He does not have the correct technical capacity, and only
after several repetitions, tortures, he will learn how to maintain, easily
nourish the state of dynamic inertia.
By repeating
correctly, gradually disordered, inaccurate movements will disappear, - the
crafty beginner will no longer "stumble" the water, the breast
stroker learns to differentiate between the stage of preparing the raft with
the legs (which is required to be slower ...) of the actual phase of the
elliptical pushing of the water (which must be more energetic, ...), the
backstroker will avoid "noisy" boiling (to avoid natural water
resistance), the butterfly stroker, (dolphins), will begin to synchronise the
two waves with the phases of the exit + the entrance of the arms in the water,
etc. .
Between the stage where the beginner performs the rigid
movements with his exaggeratedly strained arms compared with the stage in which
he performs the slim movement, correctly using the joints (elbows, knees, etc.)
is a tedious journey, with an effort of consciousness, then the automation
(patience) to actually learn how to apply correctly - the 'first law of
mechanics' ... - in fact, adopting a biodiesel benefit benefit that will have
an optimal and obligatory pace - a proper shipping route.
These two landmarks can be understood by the beginner if he
is advised: "swim with as few movements as possible, without this tempo
reducing your speed" ... an indication that calls for both good 'scrubs'
and careful 'expense' of the effort, basically - the concern to swim correctly,
demands so plastic expressed in the famous ancient aphorism: slow feast ...,
hurry up slowly! (see Appendix 9)
The second law of Acceleration is formulated
as follows:
’’ the change of position or moment of a body is
proportional to Force, inversely proportional to the Weight and has the
indicated direction of application of the Dominant Force.’’ ‘schimbarea poziţiei sau a momentului unui
corp este proporţională cu Forţa, invers-proporţională cu Greutatea şi are
direcţia indicată de aplicare a Forţei dominante.’
In the case of swimming, the rafts of the arms, the
propulsion of the legs are force generators, the application of which will
result in a change in the position of the body (advancement).
This advance will be even greater as the applied force is
higher (1), the advancement will be further aided as the body weight is lower
(2) and the advance will have the dominant direction given by the technical
execution (as perfect as possible ...) of swimming (from the technique of the 4
sports procedures) (3).
Following a this enumeration, it is worth noting the
following requirements: the swimmer to be vigorous, strong (to have Force) to
impose himself in front of the water (a) to be as easy as possible in the water
for the best buoyancy (the criterion ' pigeon bones') (b), the swimmer will
forward as it applies (correctly / incorrectly) to the Rowing Strength (c).
If these rafts are aligned with the long axis of the
immersed body - the direction will be straight, otherwise the direction will be
unpredictable, at best, beaten.
This detail once again highlights the recommendation to swim
correctly: the length of a pool is 50m, but by winding it is certain that the
swimmer will travel more than 50m ....?! And the timer or fatigue will certify
this ...
The 3rd Law: of Action and Reaction is
formulated as follows: “each Action corresponds to an Equal and Reaction
Reaction / in Romanian: fiecărei Acţiuni îi corespunde o Reacţiune egală şi
de sens opus.
Generally speaking,
this law can be interpreted as swimming: the advancement is due to the
propulsion of water in a opposite direction, opposite to it (a) or, (the most
modern understanding ...) the vices are based on the application of an opposing
supporting force of water (b) (see Counsilman, Chapter 8/24)
The beginner must note that in fact water is incompatible
even though its density is minimal. Here is a classic example where we can
notice the manifestation of this law: - the initiator is urged to move forward
only with the help of foot movements (with a floating support / training cork
etc.), but without knowing the technique, his movements lead him back (like the
raccoon ...) BUT .... (attention), - if it is suggested to raise the raft over
the horizontal of the water, a simple rise in the air of the raft (= Action)
according to this law, the legs will instinctively seek more support consistent
in water (= Reaction), which is why the movement of the legs tends to become
larger, correct, so the body will begin to advance, the beginner immediately
realising the true meaning of the movements of the feet.
Laws of leverage, well understood, can provide
convincing explanations for cultivating the concern to use only the right
technique, and in the performance plan - the selection is also dictated by
conclusions drawn from the knowledge of these laws. The classical lesion law
formulation represents an equality between the Strength of the contraction and
the Resistance opposed to the density of the water volume in the formula:
[F. x b.F. ] = [R. x b.R. ]
ie: The value of the Strength of Strength (F.) multiplied by
the Length of the arm applying this force (bF) must be equal to (=) the value
of the opposite water resistance (R) (swirl, frontal, viscosity, chemical
composition of water, density, physical state waves, flow, currents, etc.)
multiplied by Length of the Resistance arm (bR), all these reference points to
the existence of a Support Point (S)
(*) Generally, of levers:
Tier 1 lever The device has the order - R. s. F. (as a fountain),
------------------------- ----------------
Level lever 2 Which
device has the order - s RF (the crowbar raises a crate)
--------------- --------------------------
Grade 3 lever Where the device has the order - s. FR (case
of biodiesel benefit - running, swimming)
---
-------------------------------------
How can a number of values be appreciated in the case of
swimming a series of different values of these benchmarks? We will analyse
several variants:
Apostasy A -
biotype with a height of about 170cm F. - Strength of muscle contraction in
water = approx.10 Kg force (usual value for swimming); B.F. - Arm length = 30
cm. (approximate value to Latisimus Dorsi); R. - Opposite water resistance =
unknown value (X =?) B.R. - the length of the muscle from the insertion to the
tip of the palm of the hand with the arm in the correct position of the nail =
approx. 70 cm.
--------------------------- *
[(F = the force of contraction expressed in Kg force;
bF = the distance in cm from the origin of the fixed point
of the muscle at the insertion point on the Strength arm R = opposite water
values expressed in Kg / water volume
bR = distance from the insertion point of the effector
muscle to the point where the maximum water resistance occurs] has values in
the previous equality, it follows: 10 x 30 = R x 70, ie 300 = 70 R, where R =
4,3 Kg force.
To verify the calculation, we now take as an unknown F
value, in which case equality would look like this: F. = unknown b.F. = 30 cm R
= 4.3 Kg force b.R. = 70cm ie F x 30 = with 4.3 x 70, resulting in 30F = 310,
resulting in F = 10.1 Kg force.
These values indicate that their choice is made and
appreciated objectively, impartially, and from the point of view of selection
leads to the requirement that in the activity be selected bigtip with large
waist and longiline muscles.
Second hypostasis(B): When selection would decide
the choice of a quoted biotype mediocre to b.F.
(the muscles responsible for making the contraction necessary for the rafting),
since the length of the muscles can not be easily modified, it remains to be
discussed as a consequence the need to increase b.r. (the length of the span, arm), which becomes possible only by an over-correct movement technique
(!) and which best responds to the above-mentioned laws. (there can be many
variations of the discussed values, we have chosen two of the most important
for swimming) .
04. The composition / decomposition of the forces derives
from the applied geometry.
Knowing the values of the Force by calculating the
equality of the levers of Grade 3 (previously analysed) we can explain the
meaning and value of a movement (of a tracked moment, the calculation of a
conf. Vector with its direction etc.), as can be seen from the following graph.
In the presented figure we analyse the composition and the decomposition of the
forces occurring at certain times during the rafting (according to the parallel
and the parallel sides two by two in the case of a parallelogram).
1970 Torney, Clayton – Aquatic
instruction,Burges Publ, Comp, Minneapolis
Efficiency will depend on how the force is applied by the
most convenient position taken by a paddle surface (palm, whole arm, or legs,
etc.). At the 1st moment. the resultant force of the applied force is
perpendicular to the palm plane and its decomposition shows that the horizontal
vector having the given meaning of the vowel (P) is smaller than the vertical
vector not involved in the success of the nautical (N) Thus, at this point of
the raft can say that the applied force does not serve positively the advance
but rather the need to float - the conclusion would be the indication - the
athlete would position the palm not with the attack cap plan on the horizontal
of the water but in a direction close to the vertical that would allow better
application of the Force to support advancement and not floating. If, on the
contrary, it adopts this position it is certain that it will serve the floating
- see the sliding phase of any swimming process At the moment 2 - the result of
the applied force can be decomposed, also according to the 'rule of equal and
parallel sides two by two in the case of a parallelogram 'resulting in a larger
horizontal vector (i.e., in the direction of the yard direction) component
having a positive value (P) greater than the vertical vector supporting
floating, a component having a negative value (N), thus smaller. In the
following moments of the rafting movement, if the palm is properly held with
the fingers facing downward, the deformation of the Flying force will occur the
same as at the time 2, the indication being all the more important given the
requirement, the possibility for the athlete to maintain the palm plan
perpendicular to the swimming direction or the long axis of the body.
Correct/ Wrong
[The Science of
Swimming Graphics, J. Counsilman, Bloomington,
Iova, 1974]
These purely theoretical aspects need to convince us that
there are so important indications that 'keep the elbow up' with the legs
'turning the strings outwards'. [Keep the elbow up, before ...!]
[Keep the spikes,
paws like 'Charlie Chaplin' ...! ]
(Graphical
INOT-Methodical Manual, M.Olaru, Sport-Turism Edition, 1982, Buc.
05. Weight Center (CG)
Represents the point where concentrates are the forces that make up Massa -
Body Weight (CG) , as a rule, does not overlap with the point where the swimmer
obtains the Balance in Water (EC), moreover, there is a difference in their
positioning. They would have wanted to coincide but this can not happen too
often (only if the selection activity is concerned about this aspect of the
transient ...). If the CG is under the equilibrium center (CE), we will have a
happy positioning - this fact proves that the upper half of the body is
"light" and therefore, the rafts will not be carried out to support
the floating of this part, and vice versa, when the CG is above the EC it is
possible for the inferior part of the body to be heavier, in which case the
legs would 'hang' deeper and so the arms and the feet, in particular, will be
more involved in providing a convenient float at the expense of applying
energies for advancement as in the following figure:
(Graphics from
INOT.-Methodological Manual, M. Olaru, ed. EST, 1982).
05. Weight Center (CG)
Represents the point where concentrates are the forces that make up Massa -
Body Weight (CG) , as a rule, does not overlap with the point where the swimmer
obtains the Balance in Water (EC), moreover, there is a difference in their
positioning. They would have wanted to coincide but this can not happen too
often (only if the selection activity is concerned about this aspect of the
transient ...). If the CG is under the equilibrium center (CE), we will have a
happy positioning - this fact proves that the upper half of the body is
"light" and therefore, the rafts will not be carried out to support
the floating of this part, and vice versa, when the CG is above the EC it is
possible for the inferior part of the body to be heavier, in which case the
legs would 'hang' deeper and so the arms and the feet, in particular, will be
more involved in providing a convenient float at the expense of applying
energies for advancement as in the following figure:
(Graphics from
INOT.-Methodological Manual, M. Olaru, ed. EST, 1982).
06. From Bernoulli to ... Counsilman
Daniel Bernoulli (1700-1782), a mathematician and Swiss
physicist interested in fluid and gas mechanics, was ingeniously interpreted by
Dr.J.Counsilman in Science of Swimming, Indiana, 1977, USA. which, starting
from Bernoulli's laws, noticed that the propelling effect of the propeller's
wings is similar to the swimmer's correct swinging movements. (each blade acts
as short as large volumes of water, air, like floating swim movements).
He noticed that each vile has in its composition the
elements of the propeller that is in motion, namely - in this case, the palms
seek to apply force in short, lateral directions to encompass / pass through as
large volumes of water and thus obtain a greater support from this, compared to
the application of force over a long distance that will "get rid of"
the water from the palms and thus the displaced volume will be smaller,
inefficient.
In this model can be found the relation of the 3rd degree
levers that are specific to the biodotricity - in fact the swimmer rests on the
water and thus advances to the apparent difference by which the swimmer will
advance - if he dislodges as much water as possible by pushing it in the
direction contrary to advancement!
Finally, although it seems unexpected, correct nausea is a
sinusoidal motion rather than a linear one, as is also shown in the graphics
below
(* graphics Science
of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova, 1974)
[every technical
swimming technique has, in the movement of the arms, a shape similar to the
helical propeller movement]
These images show two old interpretations about making the
rafting.
The first consists of moments identical to those of paddle
ships
(the speed-producing
sector is very short, but the floating component is great ...);
The second represents the catherpilar motion - the tractor
track (where the sliding moment is absent for the purpose of extending the
traction moments of the water). Both representations are inaccurate and reflect
the way swimming was conceived about 50-100 years ago
(* graphics Science
of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova, 1974)
J. Counsilman's studies have shown that, in fact, the nails
are composed of parts of the helical movement - similar to the propeller. This
is the explanation for the theory of levers of the third grade (which are the
basic of animal and human biomotricity) and it is understood that rafting is
even more efficient as it displaces large volumes of water - short distances
(maximum yield)
(* graphics Science
of swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova, 1974)
07. HYDRODYNAMIC ASPIRATION Represents the
phenomenon by which the water makes an additional braking when passing the body
forward; appears on the posterior surface of the palm of the vane arm by
forming an empty volume of air that the water tends to occupy, thus diffusing
in the reverse direction of the raft by 'sucking' the water and thus
contributing to the increased resistance to the advancement of the body
Bernoulli);
(Plavání Graphics,
1988, Physical Education I Sport)
[Here is the Russian
researcher V.I. Lopuhin attenuation in the training of the effects of negative
water absorption]
For the correct and efficient sporting technique it is
necessary to observe the requirement for making the rafts with an optimal force
correlated with the size of the surface making the raft, as follows: - if the
surface of the raft is small beginner children), then the force of the rafting
will be small and in order to achieve the higher the speed the child will
increase the 'tempo' (which will increase the energy consumption and implicitly
the degree of fatigue ...) - if, on the contrary, the rafting surface is large
(the case of adults with the correct technique, or, when "palmarele"
is used), the rafting force will have a high value, and the efficiency will be
achieved by lowering the tempo (which will increase the yield of progress and
the percentage of fatigue will not be high).
The second solution (by lowering the tempo and increasing
the force) is desirable
(* Science of
swimming, J. Counsilman, Bloomington, Iova, 1974)
Here is the theoretical illustration of two problems that
arise when a body is brought into the water: (+), and Negative aspiration that
occurs after the water has passed (-). Both forces have a frenzied effect (both
in the Performance Selection and in the correct technique learning) - the
swimmer's body should be as long and narrow as possible (as opposed to the
classic image - the wide shoulder swimmer ...) and when it evolves - the water
encounters as few protuberances as either the Front Resistance (+) or the
Neutral Hydrodynamic Aspiration (-) conditions.
(Graphics from Biomehanika
plavania, VM Zatiorski, Fizkultura I Sport, 1981)
[Concrete Illustration of the Hydrodynamic Aspiration
Forces] Once again, this is a demonstration that convinces that practicing swim
sport should have a distinct biotype and a technique the right movement].
08. The
Froude-Reynolds Number
There are resonant names in the
world of navigation, in this case related to the mechanics of fluids, which of
course also takes place in relation to the swim evolutions. Certain scientific
ship keepers' concerns about fluid mechanics (*) have begun to be known since
the 1800s.
(*) Chapter of the
Mechanics dealing with the study of the laws of equilibrium or movement of
fluids, as well as their action on the solid bodies with which they come in
contact) ---------------------- -
The works of Froude
and Reynolds have also been added to them. This is how the formula of the
Froude number resulting from the calculation of the formula: that is:
The speed of the
craft (alias - the sports body iv ...) divided by radar from Gravity
Acceleration multiplied by Boat / Body Length .... In the case of watering the
resistance is the consequence of 2 elements: The frontal resistance (wave) which represents approx. 80-85% of
the total resistance value and Friction
Resistance (aspiration) of about 10-12%.
The frontal resistance can be associated with the density of
water dislocated by the body that advances and manifested through a stream of
water around the body frontal plane) and its protuberances, etc., which cause a
slowing of the advance.
(graphics from
Biomechanica planavie, V.M. Zatiorski, Fizkultura I Sport, 1981)
[Similarities between
the body configuration in the water / left and the hull of a boat designed
according to Nr. Froude / Right]
Recent studies (Hoerner, 1965) show that the optimal
Froude-Reynolds number calculation for the human body is 0.42. It can be
attained by athletes who have a high waist and can thus advance with high
speeds (other values lead to low results of this standard number) (a),
another conclusion refers to the requirement for the body to be held in a
well-stretched position for as long as possible, thus ensuring its optimum
length (ship builders have a suggestive expression: (B) idem, the advancement
to a depth of about 20% of the length of a swimmer offers a considerable
reduction in forward resistance ( c), so increasing the forward speed by
lowering the front strength is achieved by optimally positioning the body in
the depth of the water. In the case of moving to water, its resistance
increases in geometrical progression to the forward velocity that can only
increase in arithmetic progression of (d), so the athlete will have to be
concerned about controlling the correct, stable swimming position and, obviously,
, to ride on the most correct trajectories.
( Science of swimming
graphics, J. Counsilman, Bloomington, Iova, 1974)
Body shape can tell the word in the manifestation of correct
technique; the hydrodynamic efficiency of advancement is closely related to the
shape of the body. Like any body immersed in water (with reference to ships
with extensive studies and research, see Froude, Reynolds et al.),
The body of the swimmer has a resistance equal to the
Resistance with which water opposes the movement at a given speed.
Theoretically, this resistance consists of 'Pressure
Resistance' (Rp) and 'Friction Resistance' (Rf), both components depending on
the shape of the body and the speed of movement. Studies on different types of
shapes have led to the establishment of a 'Resistance Coefficient' (Cr).
In the case of the human body,
the variability of this form (statically but also dynamically, in particular)
properly appreciated can give a 'Personal Index of resistance to advancing' or
'slipping' - it is generally accepted that for determining, its calculation is necessary to measure the
main dimensions, which, like the ships, simplifying the analogy, it is about
the waist and the biacromial diameter: the smaller the ratio of the Cr. is
bigger and therefore harmless, positive.
The ratio of dimensions (Rd) (Thickness / Diameter) gives a
theoretical value of the Coefficient of Strength (Cr) as shown in the table:
Ratio between length / width = Rd
and Coefficient of Resistance = CrRd. Cr
.------------------------------------------------
-
2,o. 0, 20
3,o 0.10,
4,o 0.08
5,o 0.06
1o,o 0.083
20,o 0.0094
By applying the laws of similarity from the hydrodynamic
model of the vessel to the model of the selected swimmer body (relations
between the forward speed and the forces of resistance , water properties,
viscosity, density, stable / agitated water, etc.), the human body may be
located between Rd = 3.0 - 5.0.
Rule no. 1 of the forward-facing position in the case of
resistance calculation is, as I pointed out earlier, given by the phrase 'run
length ...', which means that the larger the body (waist), the higher the
chances of Proceed with speed: in the case of a 160 cm biotype with a
biacromial diameter of 50 cm, the Rd will be approx. 3.2 (ie a Cr of 0.10) but
in the case of a 190 cm biotype. with a diameter of 45cm - the Rd will be
approx. 4.2 (i.e., a Cr of 0.079, a very convenient value for advancing).
Following the evolution of the swimmer biotype selected for
high-performance sport, over time, there is a noticeable but significant change
in shape: from broad-shoulder type swimmer and medium waist (rear tronconic,
'tarzan') to the exceptionally high shoulder type more tight (the cylindrical
stem or the shape of 'creion ').
The Tronconic type is less hydrodynamic than the
cylindrical, see the biotype of the generation Matt Biondi, J.Montgomery,
Al.Popov and especially M.Gross that exceeds the 2.0m waist.
The issue under discussion is in the field of selection and
once again it must be convinced that engaging in the athletic training of
inadequate biotypes will limit the production of outstanding results.
(graphics from
INOT-Meodic Manual, M. Olaru, ed. Sport-Tourism, 1982, Buc)
[Suggestive
illustration of the main biotyps known for practicing high performance sports
swimming]
Abstract
At the end of this exposition, we try to persuade the reader
that in swimming, no performance can be achieved without the athlete enjoying
the best, the most accurate technique of movement, virtuosity that should not
change even in the case of the greatest efforts that accompany the success (the
performance, the record )
9. Selective
bibliography
1925 Auge Claude - Nouveau petit Larousse illustrator,
lib. Larousse, Paris,
1970 Torney, Clayton – Aquatic instruction, Burges Publ,
Comp, Minneapolis
1974 Counsilman, J - The Science of Swimming, Prentice
Hall Inc., USA
1977 Counsilman J. - Competitive Swimming Manual,
Bloomington Indiana
1978 Sgrumala, Bidoaie - Small Ship Design, Technical
Ed., Buc.
1981 Zaţiorscki V.M.- Biomehanika PLAVAN, Fizkultura and
Sport, Moskva
1983 Renato Manno - Theory dell'allenamento - Nuoto,
Scuola dello Sport, Rome,
1987 Urmuzescu A. - Swimming
optimal yield, 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. din mecanică (legea inerţiei, acceleraţiei,
acţiunii- reacţiunii, legile pârghiilor)
04. compunerea /
descompunerea forţelor,
05. centrul de greutate (cg)
06. de la Bernoulli la Counsilman
07. aspiratia 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)
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 !!!
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 ...
1970 Torney, Clayton – Aquatic instruction,Burges Publ,
Comp, Minneapolis
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)
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).
---------- -----------------------------
(*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)
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,
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,.
1970 Torney, Clayton – Aquatic instruction,Burges Publ,
Comp, Minneapolis
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
