กีฬาและการออกกำลังกาย

กฎหมายทางกายภาพในการว่ายน้ำ

คำนิยาม

ด้วยกฎของฟิสิกส์มีความพยายามที่จะปรับปรุงและปรับแต่งรูปแบบการว่ายน้ำของแต่ละบุคคลให้เหมาะสมยิ่งขึ้น ซึ่งรวมถึงการลอยตัวแบบคงที่การลอยตัวแบบอุทกพลศาสตร์และวิธีต่างๆในการเคลื่อนที่ในน้ำ ใช้หลักการทางชีวกลศาสตร์และฟิสิกส์

การลอยตัวแบบคงที่

เกือบทุกคนสามารถลอยตัวบนผิวน้ำได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องช่วยพยุง การลดน้ำหนักที่ชัดเจนนี้เกิดจากการลอยตัวแบบคงที่

ตัวอย่างเช่นหากร่างกายจมอยู่ใต้น้ำร่างกายจะแทนที่น้ำจำนวนหนึ่ง แรงลอยตัว (การลอยตัวแบบคงที่) กระทำต่อร่างกายนี้

การลอยตัวคงที่สอดคล้องกับน้ำหนักที่ร่างกายแทนที่ในแง่ของมวลน้ำ
การลอยตัวคงตรงข้ามกับแรงน้ำหนัก (ขึ้นไป)

เช่นในน้ำเป็นไปได้ที่จะให้นักว่ายน้ำหมอบคลานได้อย่างง่ายดายโดยผู้ที่อ่อนแอกว่าอย่างเห็นได้ชัด หากคุณยกส่วนหนึ่งของร่างกายขึ้นจากน้ำการลอยตัวคงที่จะลดลงและการยกจะยากขึ้น

การหายใจเข้าลึก ๆ จะเพิ่มปริมาตรของปอดและทำให้ปริมาตรของร่างกายทั้งหมดและการลอยตัวคงที่จะเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างเช่นนักว่ายน้ำลอยตัวหายใจออกและจมลงสู่ก้นบึ้ง

น้ำหนักจำเพาะ (ความหนาแน่นของร่างกาย) เป็นปัจจัยชี้ขาดสำหรับการลอยตัวของร่างกายในน้ำ ความหนาแน่นของร่างกายยิ่งมากขึ้นร่างกายก็ยิ่งจมอยู่ในน้ำ นักกีฬาที่มีกระดูกหนักและกล้ามเนื้อหลายส่วนมีความหนาแน่นมากขึ้นและจมลงอย่างมากจึงมีข้อเสียเมื่อว่ายน้ำ เมื่อเทียบกับผู้ชายแล้วผู้หญิงจะมีเนื้อเยื่อไขมันใต้ผิวหนังมากกว่าดังนั้นจึงมีการลอยตัวคงที่มากกว่าและมีตำแหน่งที่ดีกว่าในน้ำ

การลอยตัวแบบคงที่และตำแหน่งของน้ำ

ตำแหน่งในน้ำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการว่ายน้ำเป็นเวลานานและรวดเร็ว การโจมตีทางกายภาพ 2 จุดมีความสำคัญต่อสถานการณ์น้ำที่ถูกต้อง ในแง่หนึ่งจุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย (KSP) และศูนย์ปริมาตร (VMP) KSP ของมนุษย์ตั้งอยู่ที่ระดับความสูงของสะดือโดยประมาณและเป็นจุดที่รับน้ำหนักที่ลดลง VMP เป็นจุดที่ใช้สำหรับการลอยตัวแบบคงที่และเนื่องจากหน้าอกมีขนาดใหญ่จึงอยู่ที่ความสูงประมาณหน้าอกโดยประมาณ ในน้ำ KSP และ VMP จะเลื่อนเข้าหากัน ตัวอย่างรูปลูกบาศก์ (ครึ่งโฟมครึ่งเหล็ก) ไม่ได้วางอยู่บนผิวน้ำ แต่ครึ่งโลหะจมลงและทรงลูกบาศก์อยู่ในแนวตั้งโดยให้สไตโรโฟมหงายขึ้น

หลักการนี้ใช้ได้กับร่างกายมนุษย์เช่นเดียวกันกับทรงลูกบาศก์ KSP และ VMP เข้าหากันและส่งผลให้ขาจมลงและลำตัวอยู่ในแนวดิ่งในน้ำมากขึ้น

สำคัญ! ขาที่ห้อยลงในน้ำลึกเกินไปจะไม่เกิดแรงขับและเพิ่มความต้านทานต่อน้ำเช่นขากับผิวน้ำ

เพื่อหลีกเลี่ยงการลดลงของขาขอแนะนำให้ใช้กะบังลม / การหายใจในช่องท้องแทนการหายใจขณะว่ายน้ำเพื่อให้ VMP อยู่ใกล้กับ KSP มากที่สุดและในทางกลับกันให้ศีรษะอยู่ในน้ำและเหยียดแขนไปข้างหน้าให้ไกลที่สุด ส่งผลให้หัว KSP เปลี่ยนไปเป็น VMP

กฎหมายสำหรับศพที่เลื่อนในน้ำ

ร่างกายที่เคลื่อนไหวในน้ำก่อให้เกิดผลกระทบที่ซับซ้อนต่างๆที่ต้องอธิบายเพื่อให้เข้าใจการว่ายน้ำ

กองกำลังที่เกิดขึ้นในน้ำแบ่งออกเป็นการเบรกและการขับขี่

ความต้านทานทั้งหมดที่ร่างกายมนุษย์ต่อต้านในน้ำประกอบด้วยสามรูปแบบ:

ความต้านทานแรงเสียดทานเกิดจากการที่อนุภาคของน้ำแต่ละตัวถูกดึงไปตามระยะทางที่กำหนดบนผิวหนังของนักว่ายน้ำ (การไหลของชั้นขอบเขต) สิ่งนี้เรียกว่าแรงเสียดทานสถิตจะลดลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้นจากนักว่ายน้ำ ความต้านทานแรงเสียดทานนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างพื้นผิวซึ่งเป็นสาเหตุที่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาผู้คนนิยมใช้ชุดว่ายน้ำที่มีแรงเสียดทานต่ำในการว่ายน้ำมากขึ้น

ความต้านทานที่สำคัญที่สุดสำหรับการว่ายน้ำคือความต้านทานในรูปแบบ ที่นี่อนุภาคของน้ำจะเคลื่อนที่ไปตามทิศทางการเคลื่อนที่ / ว่ายน้ำและมีผลต่อการเบรกกับนักว่ายน้ำ ความต้านทานของรูปร่างขึ้นอยู่กับรูปร่างและความปั่นป่วนของน้ำในตอนตื่น ดูรูปร่างและการไหลของร่างกาย

ความต้านทานสุดท้ายเมื่อว่ายน้ำคือความต้านทานคลื่น พูดง่ายๆก็คือหมายความว่าการว่ายน้ำและการร่อนน้ำจะต้องถูกยกขึ้นเพื่อต้านแรงโน้มถ่วง คลื่นเกิดขึ้น ความต้านทานนี้ขึ้นอยู่กับความลึกของน้ำซึ่งนักว่ายน้ำจำนวนมากขึ้นกำลังใช้ประโยชน์จากและทำการเลื่อนขั้นในน้ำที่ลึกกว่ามาก

ลิฟท์อุทกพลศาสตร์

การยกแบบอุทกพลศาสตร์สามารถมองเห็นได้ชัดเจนจากปีกของเครื่องบิน ลักษณะปีกของเครื่องบินถูกออกแบบมาเพื่อให้อากาศที่ไหลเวียนอยู่รอบ ๆ เครื่องบินครอบคลุมระยะทางที่มีความยาวต่างกันที่ด้านข้างของปีก เนื่องจากอนุภาคของอากาศกลับมารวมกันอีกครั้งหลังปีกการไหลรอบปีกจึงต้องมีความเร็วต่างกัน เร็วกว่าที่ด้านบนและช้าลงที่ด้านล่าง สิ่งนี้จะสร้างแรงดันแบบไดนามิกใต้ปีกและแรงดูดเหนือปีก ตอนที่ขึ้นเครื่องบิน

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับนักว่ายน้ำในน้ำ แต่ไม่สมบูรณ์แบบ

ลิฟท์นี้แสดงโดยตัวอย่างต่อไปนี้ หากคุณนอนราบในน้ำขาของคุณจะจมลงอย่างรวดเร็วอย่างไรก็ตามหากคู่นอนของคุณถูกดึงผ่านน้ำตลอดเวลาการลอยตัวของอุทกพลศาสตร์จะทำให้ขาของคุณค้างอยู่บนผิวน้ำ

ทิศทางของการว่ายน้ำแบ่งออกเป็นดังนี้:

ความต้านทาน: เทียบกับทิศทางการว่ายน้ำ

ลิฟท์อุทกพลศาสตร์: ตั้งฉากกับทิศทางการว่ายน้ำ

ไดรฟ์: ในทิศทางการว่ายน้ำ

รูปร่างและการไหลของร่างกาย

ไม่ใช่บริเวณส่วนหน้าของร่างกายตามที่เคยสันนิษฐานไว้ก่อนหน้านี้ แต่อัตราส่วนของพื้นที่ส่วนหน้าต่อความยาวลำตัวมีบทบาทสำคัญที่สุดในการต้านทานน้ำ

สามารถแสดงได้จากตัวอย่างต่อไปนี้

หากคุณดึงจานและกระบอกที่มีหน้าเดียวกันผ่านน้ำความต้านทานน้ำที่ด้านหน้าของร่างกายจะเท่ากัน แต่ความปั่นป่วนในการปลุกนั้นแตกต่างกันมาก

คำว่าการต่อต้านหน้าผากจึงไม่ถูกต้องทั้งหมดเนื่องจากความปั่นป่วนในการตื่นทำให้ร่างกายช้าลงอย่างมาก

จากการค้นพบล่าสุดโครงสร้างรูปแกนหมุนของนกเพนกวินมีความปั่นป่วนน้อยที่สุดในการตื่น ปลาที่มีรูปร่างเหล่านี้เป็นปลาที่ว่ายน้ำได้เร็วที่สุด

ตัวอย่างของการไหลย้อนกลับ:

คนที่เดินผ่านน้ำดึงคู่หูที่หมอบอยู่บนผิวน้ำด้านหลังเขาเนื่องจากผลของการดูดที่เกิดขึ้น

การขับเคลื่อนในน้ำ

แรงขับในน้ำผ่านได้ การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ของร่างกาย (การเคลื่อนไหวของครีบในปลา) หรือโดย สิ่งก่อสร้างที่สร้างแรงขับเคลื่อน (ใบพัด). ในทั้งสองวิธีนี้น้ำจะถูกทำให้เคลื่อนที่และจะกลับมาที่ตัวลอย ปฏิกิริยาซึ่งกันและกันเรียกว่า abutment

หลักการสามประการสำหรับการเคลื่อนที่ในน้ำมีการอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

1. หลักการพายดัน:
เช่น. ตีนเป็ด: ที่นี่เท้าของเป็ดจะเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ (ถอยหลัง) ที่ด้านหลังมีแรงดันลบ (น้ำที่ตายแล้ว) ทำให้ตัวลอยช้าลง ต้องใช้พลังงานมากและแรงขับต่ำ

2. หลักการสะท้อนแสง:

เช่น. ปลาหมึกยักษ์: ปลาหมึกเก็บน้ำไว้ในตัวและขับออกทางช่องแคบ ๆ สิ่งนี้จะสร้างไดรฟ์ในร่างกาย

3. หลักการตกไข่:

เช่น. ปลาโลมา: หลังทุกตัวมีมวลน้ำหมุนเกิดขึ้นเมื่อตื่น อย่างไรก็ตามในกรณีส่วนใหญ่มวลน้ำที่หมุนวนเหล่านี้จะไม่เป็นระเบียบและมีผลต่อการเบรก สำหรับปลาโลมามวลน้ำจะถูกสั่งโดยคลื่นร่างกายดังนั้นจึงมีประโยชน์สำหรับการขับเคลื่อน มวลน้ำที่ได้รับคำสั่งเหล่านี้เรียกว่ากระแสน้ำวน อย่างไรก็ตามในการว่ายน้ำเป็นเรื่องยากมากที่จะทำให้มวลน้ำหมุนอย่างมีระเบียบโดยการเคลื่อนไหวร่างกาย อย่างไรก็ตามในช่วงประสิทธิภาพจะให้ความเร็วในการว่ายน้ำสูงมาก

ขับเคลื่อนแนวคิด

แนวคิดการขับเคลื่อนทั่วไป:

ด้วยแนวคิดการขับเคลื่อนแบบเดิมชิ้นส่วนของร่างกายที่ใช้ในการขับเคลื่อนจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการว่ายน้ำ (actio = reactio) มวลน้ำขนาดใหญ่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น แต่มีแรงขับน้อย (เรือกลไฟพาย)

แนวคิดการขับเคลื่อนแบบคลาสสิก:

การขับเคลื่อนโดยการลอยตัวของอุทกพลศาสตร์ (เทียบกับใบพัดของเรือ)

อย่างไรก็ตามแนวคิดการขับเคลื่อนนี้เป็นที่ถกเถียงกันเนื่องจากใบพัดมักจะรับน้ำจากด้านเดียวกันและฝ่ามือจะไม่เมื่อว่ายน้ำ นอกจากนี้ไดรฟ์นี้ใช้งานได้หลังจากวิ่งไปได้ระยะหนึ่งเท่านั้น แต่แขนดึงเมื่อว่ายน้ำอยู่ที่ 0.6-0.8 ม. เท่านั้น

แนวคิดการขับเคลื่อน Vortex: (รุ่นที่ใช้ในปัจจุบัน)

มวลน้ำที่หมุนเวียนตามการตื่นของเท้าและมือมีความสำคัญมากขึ้นในฐานะผู้ผลิตตัวยึดในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

กระแสน้ำวนถูกสร้างขึ้นเมื่อมวลน้ำเคลื่อนจากจุดหยุดนิ่งไปยังพื้นที่ดูด มีความพยายามที่จะรองรับน้ำจำนวนมากในพื้นที่ขนาดเล็กเมื่อเทียบกับการรีดพรม กระแสน้ำวนปรากฏหลังเท้าเป็นรูปลูกกลิ้งและหลังมือเป็นรูปเปีย