Thể Thao Và Thể DụC

Luật vật lý trong bơi lội

Định nghĩa

Với quy luật vật lý, những nỗ lực được thực hiện để cải thiện và tối ưu hóa hơn nữa các kiểu bơi cá nhân. Chúng bao gồm sức nổi tĩnh, sức nổi thủy động và các cách di chuyển khác nhau trong nước. Nó sử dụng các nguyên tắc cơ sinh học và vật lý.

lực nổi tĩnh

Hầu như tất cả mọi người đều có thể nổi trên mặt nước mà không cần thiết bị hỗ trợ nổi. Sự giảm trọng lượng rõ ràng này là do sự nổi tĩnh.

Ví dụ, nếu một cơ thể ngập trong nước, nó sẽ chiếm chỗ của một lượng nước nhất định. Một lực nổi (lực nổi tĩnh) tác động lên cơ thể này.

Lực nổi tĩnh tương ứng với trọng lượng mà cơ thể dịch chuyển theo khối lượng nước
Lực nổi tĩnh ngược với lực cân. (trở lên)

Ví dụ: trong nước, người bơi cúi người có thể dễ dàng nâng lên bởi một người yếu hơn đáng kể. Nếu bạn nhấc một phần của cơ thể lên khỏi mặt nước, lực nổi tĩnh giảm và việc nâng trở nên khó khăn hơn.

Hít sâu làm tăng thể tích phổi và do đó thể tích toàn bộ cơ thể và độ nổi tĩnh được tăng lên.

Ví dụ, một vận động viên bơi nổi thở ra và chìm xuống đáy.

Trọng lượng riêng (khối lượng riêng của cơ thể) quyết định đến sức nổi của cơ thể trong nước. Khối lượng riêng càng lớn thì cơ thể càng chìm trong nước. Những vận động viên có xương nặng và nhiều cơ bắp có mật độ lớn hơn và chìm nhiều hơn đáng kể, do đó có những bất lợi khi bơi. So với nam giới, phụ nữ có nhiều mô mỡ dưới da hơn và do đó có sức nổi tĩnh lớn hơn và vị trí tốt hơn trong nước.

lực nổi tĩnh và vị trí nước

Vị trí trong nước là rất quan trọng để bơi nhanh và lâu. 2 điểm vật lý của tấn công rất quan trọng đối với tình huống nước chính xác. Một mặt, trọng tâm của cơ thể (KSP) và trung tâm thể tích (VMP). KSP của con người nằm xấp xỉ độ cao của rốn và là điểm tác dụng của lực trọng lượng xuống. VMP là điểm ứng dụng cho độ nổi tĩnh và do lồng ngực đồ sộ nên nó xấp xỉ ngang ngực. Trong nước, KSP và VMP thay đổi lẫn nhau. Ví dụ: Một hình lập phương (nửa bằng xốp, nửa bằng sắt) không nằm trên mặt nước, nhưng một nửa kim loại chìm xuống, và hình lập phương thẳng đứng, với mặt xốp hướng lên trên.

Tương tự như khối lập phương, nguyên tắc này hoạt động với cơ thể con người. KSP và VMP tiếp cận nhau và kết quả là chân chìm xuống và cơ thể ngày càng thẳng đứng trong nước.

Quan trọng! Chân treo quá sâu trong nước sẽ không tạo ra bất kỳ lực đẩy nào và làm tăng lực cản của nước, tức là chân đối với bề mặt.

Để tránh chân bị hạ thấp, nên thực hiện thở bằng cơ hoành / bụng thay vì thở bằng ngực khi bơi, sao cho VMP được giữ càng gần KSP càng tốt, mặt khác giữ đầu ở trong nước và duỗi thẳng tay về phía trước. Điều này dẫn đến sự thay đổi của đầu KSP về phía VMP.

Định luật cho các vật thể trượt trong nước

Cơ thể di chuyển trong nước tạo ra nhiều hiệu ứng phức tạp khác nhau cần phải được giải thích để hiểu về bơi lội.

Các lực phát sinh trong nước được chia thành phanh và lái.

Tổng lực cản mà cơ thể con người chống lại trong nước bao gồm ba dạng:

Lực cản ma sát phát sinh từ thực tế là các hạt nước riêng lẻ được hút dọc theo một khoảng cách nhất định trên da của người bơi (Lưu lượng lớp ranh giới). Cái gọi là ma sát tĩnh này giảm khi tăng khoảng cách từ người bơi. Lực cản ma sát này phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt, đó là lý do tại sao những năm gần đây người ta ngày càng sử dụng đồ bơi có độ ma sát thấp trong bơi lội.

Sức đề kháng quan trọng nhất của bơi lội là sức đề kháng hình thức. Tại đây, các hạt nước được chuyển động ngược lại với hướng di chuyển / bơi và có tác dụng hãm lại vận động viên bơi lội. Sức cản của hình dạng phụ thuộc vào hình dạng cơ thể và sự nhiễu loạn nước khi thức dậy. Xem hình dạng cơ thể và dòng chảy.

Lực cản cuối cùng khi bơi được gọi là lực cản của sóng. Nói một cách đơn giản, điều này có nghĩa là khi bơi và lướt, nước phải được nâng lên so với trọng lực. Sóng nảy sinh. Lực cản này phụ thuộc vào độ sâu của nước, mà ngày càng nhiều vận động viên bơi lội tận dụng và thực hiện các pha trượt ở vùng nước sâu hơn nhiều.

Thang máy thủy động lực học

Lực nâng thủy động lực có thể được nhìn thấy rõ ràng từ cánh của một chiếc máy bay. Bản chất của cánh máy bay được thiết kế sao cho không khí chảy xung quanh nó bao phủ các khoảng cách có độ dài khác nhau ở hai bên cánh. Vì các hạt không khí lại kết hợp với nhau phía sau cánh, nên dòng chảy xung quanh cánh phải có tốc độ khác nhau. Cụ thể: nhanh hơn ở phía trên và chậm hơn ở phía dưới. Điều này tạo ra áp suất động bên dưới cánh và áp suất hút phía trên cánh. Vậy là tập máy bay cất cánh.

Điều tương tự cũng xảy ra với người bơi dưới nước, nhưng không hoàn toàn như vậy.

Mức nâng này được minh họa bằng ví dụ sau. Nếu bạn nằm thẳng trong nước, chân của bạn chìm xuống tương đối nhanh.Tuy nhiên, nếu bạn thường xuyên bị đối tác kéo qua mặt nước, lực nổi của thủy động lực sẽ khiến chân bạn bị giữ trên mặt nước.

Hướng hoạt động trong bơi lội được chia như sau:

Sức cản: Ngược lại với hướng bơi

Thang máy thủy động lực học: Vuông góc với hướng bơi

Lái xe: Theo hướng bơi

Hình dạng cơ thể và dòng chảy

Không phải là diện tích phía trước của cơ thể, như đã giả định trước đây, nhưng tỷ lệ giữa diện tích trán và chiều dài cơ thể đóng vai trò quan trọng nhất trong lực cản trong nước.

Điều này có thể được minh họa bằng ví dụ sau.

Nếu bạn kéo một đĩa và một hình trụ có cùng mặt qua nước, lực cản của nước ở phía trước của vật là như nhau, nhưng độ nhiễu động khi đánh thức là khác nhau đáng kể.

Thuật ngữ chống trán do đó không hoàn toàn đúng, vì sự nhiễu loạn khi thức dậy làm cơ thể chậm lại mạnh hơn.

Theo những phát hiện mới nhất, cấu trúc hình trục xoay của chim cánh cụt có ít nhiễu động nhất sau khi thức dậy. Cá có hình dạng cơ thể này là một trong những loài bơi nhanh nhất.

Một ví dụ về dòng chảy ngược:

Một người đi qua mặt nước kéo một đối tác đang cúi mình trên mặt nước phía sau anh ta do tác dụng của lực hút.

Lực đẩy trong nước

Lực đẩy trong nước có thể đi qua Thay đổi hình dạng của cơ thể (chuyển động của vây ở cá) hoặc bởi Công trình tạo ra lực đẩy (Cánh quạt). Trong cả hai phương pháp, nước được thiết lập để chuyển động và do đó tác động trở lại vật thể nổi. Phản ứng tương hỗ được gọi là mố.

Ba nguyên tắc chuyển động trong nước được giải thích chi tiết hơn dưới đây.

1. Nguyên lý cánh khuấy áp suất:
Ví dụ. Chân vịt: Ở đây chân vịt được chuyển động vuông góc với phương chuyển động (quay ngược lại). Ở mặt sau có một áp suất âm (nước chết), làm chậm cơ thể nổi. Cần nhiều năng lượng và sức đẩy thấp.

2. Nguyên tắc phản xạ:

Ví dụ. Bạch tuộc: Mực thu thập nước trong cơ thể và thải ra ngoài qua một kênh hẹp. Điều này tạo ra một ổ đĩa trên cơ thể

3. Nguyên tắc nhấp nhô:

Ví dụ. cá heo: Đằng sau mỗi cơ thể, các khối nước luân phiên xảy ra khi thức dậy. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, các khối nước quay này bị rối loạn và có tác dụng hãm. Với cá heo, khối lượng nước được sắp xếp theo thứ tự của sóng cơ thể và do đó có thể hữu ích cho động cơ đẩy. Những khối nước có thứ tự này được gọi là xoáy. Tuy nhiên, trong môn bơi lội, rất khó để đặt các khối nước quay theo trật tự bằng cách di chuyển cơ thể. Tuy nhiên, trong phạm vi hiệu suất, nó cho phép tốc độ bơi rất cao.

Khái niệm lái xe

Khái niệm truyền động thông thường:

Với khái niệm truyền động thông thường, các bộ phận cơ thể được sử dụng để truyền động được di chuyển theo đường thẳng và ngược hướng với hướng bơi (actio = reacttio). Các khối nước lớn được chuyển động với tốc độ tăng dần nhưng với lực đẩy nhỏ (máy hấp có cánh khuấy).

Khái niệm ổ đĩa cổ điển:

Lực đẩy bằng lực nổi thủy động lực học (so với chân vịt của tàu).

Tuy nhiên, khái niệm truyền động này đang gây tranh cãi vì chân vịt luôn nhận nước từ cùng phía và lòng bàn tay thì không khi bơi. Ngoài ra, bộ truyền động này chỉ hoạt động sau một độ dài chạy nhất định mà lực kéo tay khi bơi chỉ 0,6-0,8 m.

Khái niệm ổ đĩa xoáy: (mô hình hiện đang sử dụng)

Các khối nước luân phiên theo chân và tay ngày càng trở nên quan trọng hơn như một nhà sản xuất trụ cầu trong những năm gần đây.

Một dòng xoáy được tạo ra khi khối lượng nước di chuyển từ khu vực ứ đọng đến khu vực hút. Một nỗ lực được thực hiện để chứa nhiều nước trong một không gian nhỏ, so với việc cuộn một tấm thảm lên. Vòng xoáy xuất hiện phía sau bàn chân dưới dạng hình con lăn và phía sau bàn tay dưới dạng hình bím.