В невозмущенном потоке (ламинарное течение) линии тока, обтекая тело, не возвращаются обратно. В возмущенном потоке (турбулентное течение) возникают завихрения. По закону Бернулли там, где скорость потока больше, давление, перпендикулярное потоку, меньше. При обтекании тела поток перед ним замедляется (поджатие), создается область повышенного давления воды на тело. Сзади тела поток отрывается от тела, возникают завихрения, разрежение, создается область пониженного давления воды на тело.

Разность давлений обусловливает лобовое сопротивление воды. Эта сила направлена одинаково с потоком, и именно в ту же сторону. Уменьшение площади наибольшего поперечного сечения тела и улучшение обтекаемости (формы тела) снижают лобовое сопротивление. В невозмущенном потоке оно меньше, чем в возмущенном.

Разность давлений обусловливает и так называемую подъемную силу при положении тела под острым углом к направлению потока. Подъемная сила направлена перпендикулярно потоку. Это понятие аэродинамики: действуя на крыло самолета, эта сила поддерживает его против силы тяжести. При движении всего тела пловца в воде под тем или иным "углом атаки" подъемная сила действительно направлена вверх против погружающей силы. Возникающая в гребковых движениях так называемая подъемная сила чаще всего имеет направление, невертикальное, да и к тому же меняющееся, поэтому целесообразнее называть ее по смыслу действия - нормальная (перпендикулярная направлению потока) реакция воды (рис.5, в).

Эта сила совместно с лобовым сопротивлением дает равнодействующую - полную реакцию воды. Составляющие этой силы, вертикальные относительно Земли, правильно называть поддерживающими силами, а горизонтальные - тяговыми силами, поскольку они определяют возможности продвижения пловца вперед.

Давление набегающего потока воды больше, чем давление с противоположной стороны тела в сходящем потоке. Разность повышенного и пониженного давлений обусловливает динамическое действие воды, т.е. лобовое сопротивление и нормальную реакцию воды, а следовательно, и их равнодействующую, полную реакцию воды. Последняя, давая две составляющие (поддерживающая и тяговая силы), обусловливает уравновешивание тела в воде по вертикали и продвижение тела пловца вперед относительно гребущей руки. Скорости пловца и гребка совместно обусловливают скорость действия на воду (рис.5, г).

Сама по себе тяговая сила не продвигает пловца вперед. Гребущие звенья и остальные части тела движутся относительно друг друга в воде в противоположных направлениях. В конечном счете, движения остальных частей тела вперед относительно воды больше, чем движения гребущих звеньев назад. И те и другие движения вызваны тягой мышц, направленной на движение против сил реакции воды.

Таким образом, создаваемая разность давлений влияет на величину лобового сопротивления и нормальной реакции воды, а в целом на полную реакцию воды и, следовательно, на тяговую силу.

Трение между телом и водой возникает вследствие неровностей поверхности тела и действия молекулярных сил сцепления. Сила трения влияет на лобовое сопротивление, а через него и наполную реакцию воды.

С повышением скорости тела относительно воды, увеличением площади лобового сечения, ухудшением обтекаемости увеличивается полная реакция воды. [3]

Механизм динамического взаимодействия пловца с водой.

При выполнении гребковых движений создается разность встречных и попутных реакций воды, что позволяет продвигать тело пловца вперед относительно гребущих звеньев и стенки бассейна.

В наиболее быстрых гребковых движениях (рукой в кроле) скорость их примерно в 3 раза выше, чем скорость продвижения тела вперед. Поперечное сечение гребущих звеньев меньше, чем у тела пловца, но разница в скоростях вследствие квадратичной зависимости от них реакции воды обусловливает силы тяги более значительные, чем силы сопротивления.

При всех гребковых движениях (за исключением движений ног в кроле) гребущие звенья движутся относительно остальных частей тела назад. Это значит, что остальные части тела движутся относительно гребущих звеньев вперед. В начале гребкового движения пловец плывет по дистанции с известной начальной скоростью. Вследствие гребка туловище продвигается вперед со скоростью большей, чем начальная. Гребущие звенья движутся относительно туловища назад и проходят в воде путь назад от места начала гребка. При этом они движутся относительно туловища быстрее, чем относительно воды.

Таким образом, механизм динамического взаимодействия пловца с водой основан на изменениях сопротивления воды, вызываемых в первую очередь скоростью движения частей тела относительно воды.

Гребковые движения.

На эффективность гребковых движений влияют форма и ориентация гребущих звеньев, а также их траектории и распределение усилий.

Рис.6. Ориентация и траектория кисти при гребке: а - гребок под углами 90 и 45° к потоку (по Н.П. Гарбузу); б - изогнутые траектории (по Д. Каунсилмену)

Изогнутая форма гребущих поверхностей и определенная угловая ориентация их к потоку повышают эффективность гребка.

Определенная изогнутость гребущих поверхностей дает положительный эффект. Так, кисть и стопа в кроле характеризуются вогнутостью гребущих поверхностей. Рука в кроле также характерно изогнута, как и нога в коленном и голеностопном суставах при захлестывающем движении.

Ориентация гребущей поверхности кисти перпендикулярно потоку должна была бы создать благодаря наибольшей площади поперечного сечения наибольшее давление. Однако измерения показали, что поворот кисти внутрь до угла в 45° хотя и уменьшает площадь поперечного сечения, но силу давления увеличивает. Оказалось, что причина увеличения давления в резком расширении области пониженного давления сзади гребущего звена (рис.6, а).

Траектории звеньев и распределение усилий.

Выбор траекторий звеньев определяется задачей создания наибольших реакций воды с приложением наибольших мышечных усилий в моменты их наибольшей эффективности.

Некоторые отклонения траекторий от передне-задней вертикальной плоскости, т.е. в стороны, более выгодны, чем строго плоское движение.

По ходу гребка наблюдается неравномерность распределения усилий. Это зависит от поочередного включения в работу мышечных групп и меняющихся условий активности каждой из мышц, а также от изменения гидродинамических условий. Нецелесообразно приложение больших усилий на тех отрезках траектории, где они мало помогают продвижению вперед. Чтобы узнать, на каких участках траектории возникают наибольшие "продвигающие" реакции, надо делать точные измерения. Если измерять давление только в зоне его повышения и не получать данных о зоне разрежения, т.е. о разности давлений, можно получить неверный результат.

Механизм гребковых движений.

Целесообразно выбирая величину и ориентацию гребковых поверхностей, рациональные траектории работающих звеньев и оптимальное распределение мышечных усилий, в каждом способе плавания строят форму и характер гребковых движений, их ритм и темп.