Hydrodynamika pływania: opór, propulsja wirami i stylek |…

Trzy rodzaje oporu, jedna kolumna wody

Całkowity opór na pływak podzielić można na trzy części: opór ciepła skóry z powodu lepkiego nacisku w warstwie brzegowej, opór formowy spowodowany oddzieleniem przepływu za ciałem oraz opór falowy wynikający z wydzielania energii do fal powierzchniowych. Na szybkim biegu blisko powierzchni woda, opór formowy zwykle stanowi 40-60% całkowitego oporu, a opór falowy 30-50%, podczas gdy opór ciepła skóry wynosi tylko 10-15%. Jednakże opór falowy wzrasta bardzo szybko z prędkością (w bliskim otoczeniu prędkości hullowej około v⁴ do v⁶), co sprawia, że na biegu startowym dominuje nad innymi rodzajami oporu.

F_friction = ½·ρ·C_f·S_wet·v²        F_form = ½·ρ·C_d·A_frontal·v²
Elite whole-stroke mechanical efficiency: only 5–9%
(runner/cyclist: roughly 20–25%)

demo na żywo · powiązana symulacja● LIVE

Trakcja pochodzi z odciętych wirów, a nie z płaskiego nacisku

Dawne "teorie płyta" przyjmowały, że ręka naciska prosto w tył na wodę nieruchomą. Studia współczesne wykorzystujące technikę obrazowania cząsteczkowe prędkości (particle-image-velocimetry) pokazują, że rzeczywisty mechanizm jest bardziej podobny do działania płata lub małego skrzydła: ręka porusza się po krzywej ścieżce S-shape, ciągle zmieniając kąt ataku, co powoduje trakcję ze względu na kombinację podmuchu i oporu zamiast jednego prostego cofnięcia. To dlatego elite w stylek i bialeńce śledzą widoczny kształt owalny w wodzie zamiast prostej linii.

Dlaczego położenie ciała ma większą wagę niż siła brzemienna

Gęstość ciała człowieka jest bliska gęstości wody, więc pełny wdech znacząco zwiększa flotację w porównaniu do pełnego wydechu — ale środek flotacji (blisko piersi zalanych powietrzem) znajduje się nad i przed środkiem masy (blisko gęstszymi biodrami), więc nogi tendują do opadania, chyba że poprawione są poprzez położenie głowy w dół i stabilizujący pchnięcie. Jeśli biodra opadają nawet o 5-10° pod poziom, pole powierzchaniowe — a zatem opór formy, który skali się ze kwadratem prędkości — może zwiększyć się o 50% lub więcej, co stanowi znacznie większy koszt performansowy niż większość błędy w harmonogramie ruchu.

Często zadawane pytania

Dlaczego pływacy glidzą pod wodą zamiast natychmiast dotykać powierzchni, gdy są blisko ściany?

Przewlekła opór falowy wzrasta przybliżenie czwartym lub szóstym stopniem prędkości blisko powierzchni, ale jest prawie niewyliczalna, gdy ciało jest całkowicie pod wodą. Dlatego zawodowi pływacy używają zrównywania się do strumienia dla 15 metrów od każdej ściany przed dotykaniem powierzchni, unikając całkowitego kary za opór falowy.

Czy dłoń pływaka naciska prosto tyłem na wodę podczas wykorzystywania siły?

Nie — ta starsza teoria paddle jest niekompletna. Badania z obrazem cząsteczkowym prędkości pokazują, że dłoń naciska po krzywej ścieżce S, ciągle zmieniając kąt ataku, wykorzystując siłę podnoszącą i oporu podobnie jak skrzydło lub pionka, a nie jedno prostokątny tyłowe przesunięcie.

Dlaczego niewłaściwa pozycja ciała kosztuje tyle więcej niż błędy w harmonogramie ruchu?

Jeśli biodra i nogi opadają nawet o 5-10 stopni poniżej poziomu, pole przekroju przechodzącego przez ciało — a więc formowy opór, który skali się z kwadratem prędkości — może wzrosnąć o 50% lub więcej. Ta jedna koszta orientacji zazwyczaj daje wyższy rezultat niż efekt małych błędu w harmonogramie ruchu czy częstotliwości pę.rpm.

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Swimming Hydrodynamics i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.

▶ Otwórz symulację Swimming Hydrodynamics