Гидростатическое равновесие тела пловца

На поверхность тела, погруженного в воду, действует гидроста­тическое давление; оно возрастает с глубиной погружения. Боль в ушах, которую испытывает пловец, нырнувший на большую глу­бину, вызвана гидростатическим давлением на барабанную пере­понку уха.

Когда тело пловца находится в воде неподвижно, на него дейст­вуют только сила тяжести тела и выталкивающая сила воды (рис. 8). Сила тяжести Р постоянна по величине и приложена к общему центру тяжести тела (ОЦТ).

Выталкивающая сила Q обусловлена разностью гидростатиче­ского давления на нижнюю и верхнюю поверхность тела, погру­женного в воду, и направлена вверх (закон Архимеда). По величи­не она равна силе тяжести воды, вытесненной телом. Центр тяже­сти вытесненного объема воды называют центром давления (ЦД). К этой точке и приложена выталкивающая сила.

Тело находится в гидростатическом равновесии, если сила тя­жести Р уравновешивается выталкивающей силой Q: Р = Q.

Если на заданной глубине на тело пловца не действуют никакие другие силы и Q>P, то тело всплывает до тех пор, пока не будет вы­полнено условие Р = Q. При P>Q тело тонет.

Плавучесть человека зависит от средней плотности тканей его тела, вдоха или выдоха, плотности воды. Чем меньше сред­няя плотность тканей тела пловца, тем лучше его плавучесть. При полном вдохе пловец, как правило, обладает положитель­ной плавучестью; при полном выдохе — отрицательной (то есть тонет). В более плотной, морской, воде плавучесть тела повы­шается.

У пловца, находящегося в воде в горизонтальном положении, руки у бедер (см. рис. 8, а), ОПТ расположен, как правило, ближе к ногам по сравнению с ЦД тела. Так как сила тяжести тела и вы­талкивающая сила воды имеют противоположное направление и линии их действия не совпадают, то возникает вращающее дейст­вие пары сил. Равновесие тела нарушается: ноги и нижняя часть туловища опускаются вниз. Если пловец вытянет руки вперед, равновесие тела улучшится (см. рис. 8, б).

Рис. 8. Действие силы тяжести Р и выталкивающей силы Q на тело пловца при неуравновешенном (а) и уравновешенном (б) гидростатическом его положении.

2.1.3. Силы реакции воды при движении тела

Динамическое взаимодействие тела с водой зависит от скоро­сти его движения относительно воды и обусловлено наличием в ней сил внутреннего трения и давления.

При движении тела в воде распределение давления отличается от его распределения в жидкости, находящейся в покое. В потоке возникают области повышенного и пониженного давления Об­ласть повышенного давления образуется на той части тела кото­рая встречает (атакует) поток воды, а область пониженного давле­ния - позади тела, где возникает вихреобразование (рис. 9) Ре­зультирующая сила реакции воды R в приведенном примере пре­пятствует продвижению пловца вперед; в подобных случаях будем называть ее силой гидродинамического сопротивления.

Рис. 9. Сила гидродинамического сопротивления R и ее разложение на две составляющие: fix (лобовое сопротивление) и Ry (подъемная сила)

Аналогичная (по природе возникновения) сила реакции воды будет образовываться и на рабочих поверхностях рук и ног пловца во время гребков, например на рабочей поверхности кисти (рис 10) Так как эту силу пловец использует, чтобы продвигать себя вперед опираясь о воду, будем называть ее силой реакции опоры. Результи­рующую силу реакции опоры обозначим тоже латинской буквой R. Сила приложена перпендикулярно рабочей плоскости руки выполняющей гребок.

Сила реакции воды есть векторная величина; она всегда дейст­вует в определенном направлении. Графически вектор силы мож­но представить в виде суммы двух других векторов, т.е. разложить на составляющие. Направление действия составляющих выбира-

ется заранее. Чаще всего мы раскладываем вектор R по направле­нию продвижения пловца вперед и перпендикулярно этому на­правлению.

В случаях, представленных на рис. 9 и 10, силу R можно разло­жить, применяя правило параллелограмма, на две составляющие: Rx (лобовое сопротивление) и Ry (подъемная сила). В первом слу­чае (см. рис. 9) сила Rx тормозит продвижение пловца вперед, во втором (см. рис. 10) служит ему опорой для продвижения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: