Произведено, редактирано и защитено с авторски права от
Почетен професор Брент С. Ръшал, Държавен университет в Сан Диего

плуване

ФЛОТАЦИЯ ПО ПЛУВАНЕ: ЗАБРАВЕНИЯТ МОДИФИКАТОР НА ТЕХНИКАТА

Brent S. Rushall, Ph.D., R.Psy. [15 февруари 2007 г.]

Плаващата сила от водата и привличането на гравитацията определя как човек плава. Тя варира значително при плувците. Изисква корекции на техниката, защото взаимодейства с всеки принцип на движение. За съжаление, той рядко се обсъжда и когато е почти универсално неразбран от треньорите по плуване. Вместо да бъдат игнорирани, характеристиките на флотацията на плувеца винаги трябва да се имат предвид при преподаване на нов елемент от техниката или промяна на стар. Определянето на инструкция за техника или промени първо трябва да включва анализ на флотацията на плувеца. Всички аспекти на "идеален" техниката ще бъде модифицирана от флотационни ефекти.

Основна физика на флотацията

Когато даден обект плава в плътна течност, върху него действат две сили. Едната е постоянно присъстващата сила, дължаща се на гравитацията, а другата е плаващата сила, силата, упражнявана от флуида върху обекта. Когато обектът е симетричен, като правоъгълен блок от стиропор, двете сили съвпадат. Когато обектът плава, плаващата сила се равнява на гравитационната сила. Тъй като плаващият обект измества теглото си в течност (Принцип на Архимед), постига се равновесие и стиропорният блок лежи на повърхността в течността. Водата "поддържа" теглото на предмета. Това просто събитие е илюстрирано на фигура 1. Често цари объркване между ролите на обема и теглото на изместената вода. Принцип на Архимед е подходящо да се разбере какво се случва. Обикновено се посочва, както следва:

Когато тялото е потопено в течност, то изпитва възходяща сила, равна на теглото на изместената течност.

Фигура 1. Силите, действащи върху плаващ обект в течност.

Теглото е общата мярка за гравитационната сила. Когато обемът и теглото на изместената вода са равни на обема и теглото на обекта, обектът не плува и не потъва. Състоянието на "неутрална плаваемост" е постигнат. Това е полезно за дейности като гмуркане, където компенсаторът на плаваемост се използва за получаване на неутрална плаваемост. Ако ефектите от това устройство не бяха използвани, водолаз щеше да се бори постоянно срещу потъване или издигане във водата, което да доведе до ненужни разходи за енергия и въздух.

Когато обемът на обекта е по-голям от обема на изместената течност, част от обекта ще се покаже над повърхността на течността. Специфичното тегло (във вода) е полезната мярка за способността за плаване. Това е фракцията: теглото на обекта, разделено на теглото на еднакъв обем вода. Например, ако човек с тегло 99 кг измести 100 кг вода, когато е напълно потопен, специфичното тегло на индивида би било 0,99 (99/100). Обемът на човека над повърхността би тежал 1 кг. Поради различна плътност в човешкото тяло, не е възможно да се определи процентът от обема на плувеца, който би изплувал извън водата.

При хората преобладаващите съставни вещества са костите, мускулите, мазнините, въздухът в белите дробове и други структури и течностите (например кръвта). Пропорциите на тези вещества във физическия състав на индивида определят специфичното тегло, способността за плаване и характеристиките на плаването. Има значителни различия в тези фактори сред хората.

Мазнините имат специфично тегло по-малко от 1,0 и се носят във вода, докато костите и мускулите имат специфично тегло малко повече от 1,0. По този начин хората с висок процент мазнини ще плуват, докато някои индивиди с много ниски нива на мазнини, тежки кости и висока мускулна маса ще потънат. Нормалните хора обикновено плават в различна степен и по различни начини.

Център на плаваемост

The Център на тежестта е точката, през която действа гравитационната сила (обикновено в областта между точките на бедрата, когато тялото е в анатомично положение). Неговата величина е описана като "тегло". Положението на телесните сегменти определя действителното място на центъра на тежестта.

The Център на плаваемост е точката, през която действа плаващата сила (обикновено в долната част на гръдния кош, но и тя се определя от позицията на телесните сегменти). Някои части на тялото са по-плаващи от други и затова центърът на плаваемост обикновено не съвпада с центъра на тежестта. Центърът на плаваемост е свързан с обема на тялото, докато центърът на тежестта е свързан с масата на тялото. Тъй като тези два фактора обикновено са различни, те обикновено са разположени в различни области на тялото. Разстоянието между центровете на тежестта и плаваемостта обикновено е по-голямо за мъжете, отколкото за жените.

Разминаването между местоположенията на центровете на тежестта и флотацията представлява проблем за хората. В повечето случаи, вместо плаващо ниво, тялото се върти, докато центровете на тежестта и плаваемостта се изравнят вертикално. След това тялото показва неподвижен плувка под този ъгъл. Водата поддържа тежестта на неподвижен плувец, но само под този ъгъл. Това е илюстрирано на фигура 2. Когато тялото започне в хоризонтално (обтекаемо) положение, връзката между центъра на плаваемост и центъра на тежестта ще създаде въртелива сила и последващо движение, докато се достигне ъгълът на плаване.

Фигура 2. Ролите на центровете за плаваемост и гравитация и как те определят ъгъла, под който плувецът плува.

Понякога има индивиди, които могат да плават хоризонтално със значителен обем на тялото над повърхността. Такива лица са предимно жени и техните центрове на тежест и плаваемост почти съвпадат. Пример за плаващо положение на "плувка" е даден на фигура 3. Такива индивиди плуват с лекота

Фигура 3. А "плувка": Човек с по-ниско от нормалното специфично тегло и центровете на тежест и плаваемост много близо един до друг.

Фактори, които влияят върху способността за плаване

Различни фактори влияят върху това как човек плава. Някои от по-забележимите променливи, които трябва да представляват интерес за треньорите по плуване, са изброени по-долу.

Плътността на водата също определя как човек плава. Обикновено се приема, че водата е прясна и със стандартна плътност. Солената вода обаче е по-плътна от прясната. Плувецът ще плува малко по-високо в солена вода от прясна вода 1. Водата може да достигне ниво на насищане от "соленост". Мъртво море е може би най-известният водоем, който се състои от наситена със сол вода. Хората нямат проблем да се носят, обикновено хоризонтално, в такъв природен феномен (вж. Фигура 4).

Фигура 4. Хора, плаващи в наситената със сол вода на Мъртво море.
Обемът на изместената вода е много по-малък, отколкото би бил
изместен в нормална прясна вода, въпреки че теглото на
изместената вода би била еднаква и в двете течности.

Последици за състезателното плуване

Центровете на тежестта и плаваемостта се определят от физическия състав на плувеца. Позицията, която плувецът естествено достига във водата, до голяма степен определя какво вижда и чувства плувецът. Промените във физическия грим водят до промени във флотацията, които могат да повлияят на начина, по който плувецът плува. Обикновено при промени в опита на плуването има промени в техниката, които ги компенсират.

С нарастването на плувците физическите им качества се променят драстично. Това, което преживява плувецът от възрастова група един ден, може да бъде променено на следващия чрез нарастване на растежа в една или повече части на тялото. Например, ако краката на пубертезното момче нараснат забележимо в рамките на няколко месеца, разстоянието между неговите центрове на тежест и плаваемост ще се увеличи, което кара краката да потънат по-дълбоко във водата. Ако този плувец продължи да плува с техниката преди растежа, ефективността на задвижването ще намалее поради увеличеното челно съпротивление поради увеличения ъгъл на флотация и вероятно незначително увеличение на повърхностното съпротивление. Неговото специфично тегло също вероятно ще се промени и ще накара цялостно да потъне по-ниско във водата. Това, което ще види и почувства, докато плува, ще бъде променено. Тези важни фактори биха забавили плувеца, освен ако не бъдат направени компенсаторни промени в техниката, за да се противодейства на растежните ефекти върху флотацията.

Повечето плувци, които участват в сериозни тренировки от късна детска/предпубертетна възраст до най-малкото съзряване на растежа, претърпяват много физически промени, които изискват корекции в техниката, които от своя страна изискват правилно адаптивно обучение. Например, повечето млади момчета и момичета във възрастовата група под 10 години се движат сравнително добре и имат малки затруднения при приемането на хоризонтална линия за обхождане и гръб 2. С наближаването и напредването на пубертета и юношеството се появяват различия между половете в растежа. Обикновено, в сравнение с момичетата, момчетата развиват по-високо специфично тегло поради по-голямата мускулна маса и различните съотношения на крайниците към тялото. Момичетата, от друга страна, обикновено се разширяват в ханша и увеличават или поддържат телесните мазнини, променяйки центъра на тежестта и формата си за движение през водата. След това, докато плувците напредват по пътя на съзряване в юношеството, настъпват дори по-нататъшни промени. Всички тези вариации изискват от треньорите да променят начина, по който подготвят учебното си съдържание за фактори като рационализиране на индивидуалните плувци.

Тренирането на зрели плувци също се нуждае от разглеждане на ефектите от физическите промени върху флотацията. Плувци, които "стана голям", предполага се с повече мускулна маса, ще се увеличи специфичното тегло (те ще потънат повече), както и ще промени това, което водата ще се чувства като течаща върху новопоставени части на кожата. Освен това, ако увеличената маса е в една част на тялото, например раменете и горната част на торса, положението на центровете на тежестта и плаваемостта също ще се промени. Такива промени ще представляват изисквания за промени в техниката. Ако плувците не са инструктирани правилно, тези промени могат да бъдат случайни и грешни, обричайки плувеца на изравняване на производителността или дори влошаване. Обучението по земя е известно от известно време, че не е свързано с подобрения в производителността на плуване при зрели спортисти. Преди плувците да се впуснат в "очевидна стойност на нарастването на силата" (мит за плуването), трябва да се обмислят потенциалните вредни ефекти от подобно спомагателно обучение, което би могло да надвишава всякакви реални или предполагаеми ползи,.

Донякъде подобни на промени в мускулатурата са ефектите от забележимо увеличаване или намаляване на теглото и каква част от тялото се променя най-много с тези промени. За съжаление повечето треньори смятат, че има идеално тегло или процент телесни мазнини за всички плувци от двата пола. Това е грешно. Флотационните характеристики на всеки плувец са особено индивидуални и трябва да се вземат предвид съответно.

Извършването на периодични флотационни тестове на всички плувци е един от начините за проследяване на въздействието на физическата структура и инструктирани промени в техниката върху усещанията, произведени от подпомагане от водата. Всяка структурна промяна в плувеца променя начина, по който плувецът плува, което след това изисква треньорът да направи тренировъчни корекции, за да поддържа плувеца в поддържана от течност рационална поза. Характеристиките и капацитетът на флотация трябва да се вземат предвид при инструктиране на техниката и разработване на очакванията за ефективност.

Присъщите качества на човешкото тяло, движещо се през водата

Докато човешкото тяло е артикулирано сложно, неговият напредък през водата може да се разбере чрез сравняване на неговите несилни производствени сегменти с този на корпусите на лодките. На повечето етапи от техниките главата и багажникът са не-задвижващите сегменти на плувеца и представляват основния товар, който се задвижва. Тъй като от тези сектори на тялото не се развиват значителни сили, допринасящи за това, евентуалните съпротивления трябва да бъдат сведени до минимум.

Като цяло тялото на плувеца (главата и багажника) функционира като a "водоизместващ корпус". Той се движи през водата, изтласквайки го отстрани, под или над плувеца, тоест измества водата. Това контрастира с другата обща класификация на корпусите на лодките, "планиране на корпуса". С планиращ корпус, след като набере достатъчна скорост, корабът се вози почти на върха на водата. Всички лодки в покой или бавно придвижване са корпуси за денивелация.

Плаващ денивелационен корпус измества обем вода, равен на теглото му. При бавни скорости водата се отклонява около корпуса, като същевременно образува носова вълна. С увеличаване на скоростта, носовата вълна се увеличава и корпусът се опитва да се изкачи над нея. Обаче лодка с корпус с денивелация не е проектирана да прави това. Следователно корпусът може да се движи през водата само до ограничение на скоростта. Обикновено, колкото по-дълъг и по-тесен е корпусът на денивелация, толкова по-голяма е неговата потенциална скорост през водата. [Това предполага, че по-високите плувци имат потенциал да се движат по водата по-бързо от по-ниските плувци; но има и други фактори, които трябва да бъдат взети предвид, за да може този принцип да бъде в сила.]

Концепцията за водоизместващ корпус може да се приложи към плувците, за да получат известни познания за динамиката на изпълнението. Аналогията е несъвършена, но дава информация, която е полезна за разбиране на промените в представянето на един плувец и разликите в производителността между двама или повече плувци. Някои от важните последици са разгледани по-долу.

Човешкият плувец не е проектиран да напредва ефективно през водата. Може да се твърди, че хората изобщо не са предназначени за движение във вода. Този лош конструктивен фактор диктува, че въпреки всички усилия и проектирани движения, максималната скорост на прогресия е доста ниска, в най-добрия случай е малко повече от 2 m/s. Лошият дизайн на човек се демонстрира категорично от маневра за натискане и плъзгане с легнало положение. Въпреки опитите за рационализиране, плувецът спира напредъка в рамките на няколко секунди. Първоначалният напредък се ускорява отрицателно много бързо и след това, докато плувецът забавя напредването продължава в постепенно по-малки количества.

Формата на плувеца ограничава напредъка, тъй като в по-малка степен се получава съпротивление на форма и вълни със значителна величина и повърхностно съпротивление. Влиянието на тези съпротивления се увеличава значително с увеличаване на скоростта. Има ниво на скоростта, което създава достатъчно съпротивление, което отрича всяко по-нататъшно подобряване на скоростта. По този начин плувците имат максимална граница на скоростта.

Флотацията засяга всички състезателни удари по плуване, докато характеристиките на тези удари налагат повече ограничения върху максималната скорост, която може да бъде постигната. Плувецът обаче се концентрира върху минимизиране на съпротивлението, така че прогресията да може да достигне своя максимум. Тъй като флотацията обикновено създава въртелива сила в плувеца, ако това въртене не се противодейства, съпротивлението ще се увеличи.

Аналогията с изместването на корпуса на човешкото тяло предполага, че е погрешно да се прави опит за издигане по начина на планиране на корпуса. Плувците не и не могат да постигнат позиция на корпус за планиране. През цялото време са били дадени указания на плувците и треньорите да излязат от режим на корпус на денивелация. Известният Тарзан и олимпийски шампион Джони Вайсмюлер се застъпваше за плуването с главата нагоре "изкачване над върха на водата". По същия начин плувците пеперуди са насърчавани да летят над водата, което е невъзможна и пагубна стратегия. Характерно за повечето плувци от най-висок клас е, че позицията на главата се поддържа ниско и тялото е рационализирано по време на напредването напред. Това е посочено като плуване през водата. Тази характеристика е характерна за проектираните с корпус атомни подводници. Това е илюстрирано на фигура 5.

Фигура 5. Показване на ядрената подводница USS Houston
водоизместващи характеристики на корпуса. Това илюстрира общото
принцип на прогресиране през водата, който трябва да бъде
последвани от състезателни плувци.

Докато плувецът продължава напред, по-голямата част от енергията на плувеца се използва, за да изтласка водата от пътя; водата се измества под и от двете страни на плувеца. Съпротивлението на вълните ще бъде намалено пропорционално от всяко количество вода, което може да премине през горната част на плувеца. Това е причината, поради която плувците напредват по-добре под вода (на приблизително дълбочина от един метър или повече, за да постигнат максимални ползи). Всяко действие или директива, които водят до това, че част от тялото е извън водата, отколкото се поддържа от естествената флотация, ще забави плувеца.

Тъй като плувецът увеличава скоростта, ще има малка тенденция плувецът да се издига във водата. Това трябва да направи видими по-голяма част от гръбния аспект на плувеца. Повишената видимост обаче идва най-вече от увеличената вълна на носа, която придружава по-високите скорости. Тази по-висока вълна на носа създава по-голямо корито, което също излага повече от плувеца. Някои треньори приемат повишената видимост на някои плувци „заради плувеца, плуващ над повърхността“. Плувците са обучени да плуват по-високо във водата с вярата, че съпротивлението ще бъде намалено, но физиката не отговаря на това убеждение. За всяко усилие да се издигне нагоре, ще се получи контрареактивно действие от другата страна на центъра на плавучест, което ще накара друга част от тялото да потъне. Ако обаче от същата страна на центъра на плаваемост може да се създаде контрареактивна сила (обикновено действие с ръка), нарастването ще бъде противовесно, но с цената на потенциалната задвижваща сила, развита от оръжията, намаляваща.

Последици за коучинг

Има редица треньорски последици (принципи), които трябва да се имат предвид всеки път, когато техниката на плувеца се промени. По-важните са изброени по-долу.

1 През 50-те и 60-те години имаше вярване, че плувците са облагодетелствани несправедливо чрез плуване в солена вода, за разлика от тези в сладка вода. Този въпрос беше разгледан от световно управляващия орган по плуване и се оказа несъществен. По този начин предвидената уговорка световните рекорди да се правят само в прясна вода беше отложена.

2 Флотацията на младите хора се подпомага от нормално по-късите им крака, което измества центъра на тежестта по-близо до центъра на плаваемост. Общото им по-голямо специфично тегло ще ги накара да потънат повече, но по-лесно ще се постигне рационализиране поради относителните позиции на центровете на тежестта и плаваемостта.