ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Целостно-раздельный метод 4 страница. В лабораторных условиях используется метод биопсии: делается забор кусочка ткани, который в дальнейшем подвергается химическому расщеплению и анализу.В лабораторных условиях используется метод биопсии: делается забор кусочка ткани, который в дальнейшем подвергается химическому расщеплению и анализу. Однако наиболее прост тест на плавучесть (рис. 4). После выполнения испытуемым полного глубокого вдоха его фиксируют В положении вертикальной плавучести, руки вверх. Дается качественная оценка: если кисти рук (возможно, и часть предплечий) «выглядывают» изводы, плавучесть человека положительная или относительно хорошая; при отрицательной же плавучести человек полностью скрывается под водой. Если кончики пальцев вытянутых вертикально вверх рук едва касаются поверхности воды, — плавучесть нейтральная. Практика показывает, что занимающиеся, предварительно объединенные в пары, с большим удовольствием выполняют это задание. Исследования, проведенные на больших выборках, дают все основания сделать вывод о том, что 85 % людей имеют положительную плавучесть. Но, несмотря ни на что, есть один весьма принципиальный момент, заслуживающий самого пристального внимания: средняя плотность человеческого тела равна (±) единице. На вдохе она чуть меньше единицы, на выдохе — чуть больше. Если же вспомнить, что и средняя плотность воды также равна единице (±), то вывод напрашивается сам собой: утонуть в воде практически невозможно! Организм человека предрасположен к воде! Умение находиться в воде без движения и в плавучем состоянии (еще лучше: при этом уметь беспрепятственно дышать) — крайне важно в решении проблемы непотопляемости. Именно статическое плавание дает возможность отдыха на воде, особенно в минуты психогенной напряженности. Элементарными упражнениями для овладения подобным навыком являются «поплавок», «медуза», «звезда», «стрела». Начинать разучивать позу отдыха целесообразно в положении на спине при отсутствии волн. Чтобы обеспечить устойчивое равновесие в воде, достаточно завести прямые руки за голову. При этом центр тяжести переместится чуть ближе к голове и окажется рядом с общим центром давления. Если этого окажется недостаточно (ноги все-таки продолжают опускаться), можно высунуть из воды пальцы или кисти рук. Ноги сразу всплывут и появятся над водой. Бывает достаточно раскинуть руки чуть в стороны или широко развести ноги. Наконец, можно просто согнуть ноги в коленях и добиться того же эффекта равновесия. Как видно из данных примеров, есть много возможностей поддерживать горизонтальное равновесие тела в воде. Важно «почувствовать» это положение и научиться долго находиться в такой позе. И все же главное, о чем нужно всегда помнить: плавучесть невозможна без полного глубокого вдоха. Это — непременное условие. Особенно это нужно помнить преподавателю при обучении элементам начального плавания. Позу отдыха на спине целесообразно начинать разучивать на суше. При этом необходимо добиться полного расслабления мышц. Существуют и другие способы и приемы отдыха на воде, но отмеченный выше — наиболее прост. Гидродинамика Весь анализ движений пловца базируется на наиболее общих закономерностях гидродинамики. Он весьма сложен. Сложность прежде всего заключается в том, что движения происходят в плоскости, пограничной между двумя средами: водой и воздухом. Если к этому добавить принципиальное отличие водной среды, несовершенную с точки зрения гидродинамики форму человеческого тела, задачи становятся еще более трудными. Кроме того, при движении тело пловца постоянно меняет свое положение. Таким образом, движения пловца характеризуются целым комплексом параметров. В этой связи представляется целесообразным разобраться в основных причинно-следственных связях, определяющих эффективность движений. На движущееся тело действуют силы тяжести, силы тяги, силы гидродинамического сопротивления, подъемные силы. Единственно неизменными и постоянно действующими являются силы тяжести, остальные силы — переменны. Сила, с которой вода действует на движущееся в ней тело, складывается из сил трения и сил давления. Ее называют силой реакции воды. Поскольку сила — векторная величина, по правилу параллелограмма ее можно разложить на две составляющие: гори- зонтальную и вертикальную, а за основу принять направленность потока воды; при этом горизонтальная составляющая есть не что иное, как сила лобового сопротивления, а вертикальная составляющая — подъемная сила (рис. 5). Лобовое сопротивление может быть вычислено по формуле: где: р — плотность воды; S — площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения тела; v — скорость движения тела; С — коэффициент лобового сопротивления (величина безразмерная). Величина коэффициента Сх непостоянна. Она зависит от формы и размеров тела, его ориентации относительно набегающих потоков и других факторов. Ориентация тела в потоке характеризуется углом атаки. Угол имеет две составляющие: продольную ось тела пловца и направление его движения. С увеличением угла атаки коэффициент Сх непрерывно повышается и достигает максимума, когда тело принимает положение, перпендикулярное потоку воды (угол = 90°). Данная формула в литературе (Н.А. Бутович, 1962) имеет и несколько иной вид. Суммарная сила сопротивления воды может быть выражена так: где; R — суммарная сила сопротивления воды; а — коэффициент сопротивления формы; с — коэффициент сопротивления трения; q — коэффициент волнового сопротивления; s — площадь миделева сечения погруженной в воду части тела пловца; р — плотность воды; v — скорость продвижения пловца. Для упрощения этой формулы половину коэффициентов произведения, т. е. acq/2 можно заменить одним общим коэффи- циентом К сопротивления среды (воды) в данных условиях (форма тела пловца, состояние поверхности тела, волнообразование в данном бассейне). Формула примет вид: Так как плотность воды практически равна единице, окончательно формула будет выглядеть так: В свою очередь, положение тела во многом зависит от скорости его движения. Впервые зависимость была изучена методом буксировки в воде (СМ. Гордон, 1968). Результатом проделанных опытов явилась кривая зависимости сопротивления от скорости, которая по форме была близка квадратичной параболе, причем картина почти совпадала при буксировке под водой и по поверхности (под водой условия те же самые, отсутствует лишь сопротивление волнообразования). Выравнивание эмпирического ряда регрессии способом наименьших квадратов привело к уравнению: где: R — суммарная величина сопротивления; К — безразмерный коэффициент сопротивления; v — скорость буксировки. В литературе можно встретить и множество других формул, подобных этим. При их прочтении и анализе необходимо помнить, что все они справедливы лишь для какого-то частного случая и отражают одномоментное состояние. В целом гидродинамическая ситуация гораздо сложнее и не укладывается в рамки какой-либо формулы. Привлекает внимание один принципиальный момент: взаимосвязь сопротивления и скорости перемещения тела. Правда, следует заметить, что квадратичная зависимость, приводимая большинством авторов, постулируется для абсолютно твердых тел, для случаев неизменного сечения Миделя. В реальности картина иная. Величина степени может быть различна: 1,5 (О.И. Логунова, А.А. Ваньков, 1971), 1,87 (И.Г. Сафарян, 1969) и т.д. Несомненно одно: есть сопротивление, оказывае- мое средой движущемуся телу, и есть попытка оценить это сопротивление, подвергая, в частности, его анализу и используя при этом модельные опыты. Однако модель — это еще не естественная гидродинамическая ситуация. Последняя намного сложнее. Значит, требуются еще более подробный анализ и весьма осторожная его оценка. Именно поэтому в литературе существует обилие разных терминов: сопротивление трения, сопротивление вихреобразова-ния, сопротивление волнообразования, активное сопротивление, пассивное сопротивление, сопротивление формы, лобовое сопротивление и т.д. Для анализа чаще всего используется классификация общего сопротивления на: сопротивление трения, сопротивление вихреобразования, сопротивление волнообразования (А.А. Ваньков, 1958; Н.А. Бутович, 1965; СМ. Гордон, 1968; Н.Ж. Булгакова, 1979; 1984; Б.Н. Никитский, 1981; Д. Каун-силмен, 1982, и др.). Сопротивление возникает вследствие движения в вязкой жидкости. В физике медленное течение в стационарном потоке несжимаемой жидкости (воду можно условно принять за таковую) описано в виде известной формулы Стокса: где: F — сила сопротивления медленно движущемуся телу (шару); R — радиус шара; г — динамическая вязкость жидкости; v — скорость движения тела. Обращает на себя внимание тот факт, что сила сопротивления пропорциональна первым степеням скорости и линейным размерам тела. Как отмечают авторы, такая зависимость справедлива и для медленно движущихся тел иной формы. Опыты в стеклянных трубках показывают, что при относительно низких скоростях движения жидкость в своем поведении подчиняется законам ламинарного тока, то есть движение жидкости слоисто. Каждый отдельный слой перемещается со своей строго определенной скоростью. Частицы в потоке рас- полагаются не хаотично, как это можно было бы предположить, а строго упорядочение: не перемешиваясь, оставаясь в пределах одного и того же слоя. При движении по стеклянной трубке формируется профиль скорости (рис. 6). Непосредственно у стенки скорость течения жидкости равна 0, а в цент- ральной части, на оси трубки — максимальная. Если скорость набегающего потока велика, происходит энергичное перемещение частиц в поперечном направлении. Такой беспорядочно завихренный ток называется турбулентным. Примечательно, что перемешивание частиц начинается в близлежащем, пограничном с поверхностью тела, слое и во многом определяется состоянием поверхности. Взаимодействие между отдельными слоями жидкости, а также пограничным слоем и поверхностью тела вместе составляют сопротивление трения. Сопротивление трения. При движении тела частицы близлежащего слоя взаимодействуют с поверхностью (рис. 7). В результате такого взаимодействия возникает самое обычное противоречие: при набегающем потоке частицы близлежащего слоя движутся в одну сторону, а тело — в другую; либо то же самое происходит относительно неподвижных частиц, обладающих запасом потенциальной энергии. Это взаимодействие, или это противоречие, и есть не что иное, как трение. Более того, частицы не просто оказываются движущимися относительно тела: в результате трения они замедляют свое движение, вплоть до полной остановки. Возникает так называемый сли-пинг-эффект (самое обычное прилипание к поверхности). Аналогично поведение частиц близлежащих слоев. В результате вокруг движущегося тела формируется своего рода водный чехол, движущийся вместе с телом и тормозящий его продвижение. При обычном скольжении человека в вытянутом положении (руки вперед) возмущение распространяется во все стороны примерно на 70 см. Можно себе представить, какой огромный объем воды пловец «тащит» за собой и какую часть своей энергии затрачивает на это. При анализе данного вида сопротивления чаще всего рассматриваются структура «пограничного слоя» (общепринятый термин) и физические процессы, которые там происходят. Считается, что именно этими характеристиками определяется величина силы трения. Пограничным слоем называется тонкий слой заторможенной воды, образующийся на поверхности тел. Под «границей» понимают условную линию поверхности, на которой скорость частиц пограничного слоя тела становится равной скорости набегающего тела. На поверхности тела спортсмена толщина пограничного слоя может достигать нескольких миллиметров. Увлекаемый телом поток называют еще попутным. Рассмотрим характер движения частиц в пограничном слое. Вследствие разности скоростей частицы приходят во вращательное движение. Вращение частиц тем интенсивнее, чем ближе частица находится к поверхности тела. Вне пограничного слоя частицы не вращаются, если поток, обтекающий тело, не завихрен. Пограничный же слой всегда завихрен. Характер течения в пограничном слое зависит от скорости набегающего потока v, характерного для этого тела, размера тела (длина, рост L), кинематического коэффициента вязкости А. и определяется через безразмерное число Рейнольдса (Re): »■ Число Рейнольдса характеризует отношение сил инерции к силам вязкости жидкости. При небольшой скорости набегающего потока вода в пограничном слое течет в виде отдельных слоев. Однако это не означает, что движение происходит без завихрений. Это лишь доказывает, что движение упорядоченно, слои не смешиваются, а частицы вращаются только вокруг осей, перпендикулярных плоскости потока, оставаясь всегда в пределах одного слоя. Перемешивания частиц в поперечном направлении нет. Если же скорость набегающего потока велика, то происходит энергичное перемешивание. Пограничный слой становится турбулентным. Поскольку кожа пловца не содержит идеально гладких поверхностей, а движения тела или его отдельных частей постоянно изменяются во времени и в пространстве, характер течения воды в пограничном слое при плавании человека всегда турбулентен. Ламинарность же потока рассматривается как модель, близкая к идеальной. У рыб и морских животных пограничный слой очень тонок. Его максимальная величина составляет не более нескольких процентов от толщины рыбы. Таким образом, скорость для многих рыб оказывается независимой от размеров тела. Относительный вклад данного вида сопротивления — примерно 15 %. Этот вид сопротивления играет существенную роль лишь тогда, когда тело имеет правильную сигарообразную форму и обтекаемо. Напротив, у человека даже в вытянутом положении возмущение жидкости значительно, и при его пассивной буксировке не наблюдается плавного обтекания потоками. Как же на практике учитывать влияние сопротивления трения? Во-первых, следует помнить, что снижению сопротивления трения способствует более обтекаемая форма; во-вторых, следить за оптимальным положением тела в воде, избегать его излишних прогибов, в частности в грудном и поясничном отделах; в-третьих — тщательно подбирать купальный костюм; в-четвертых — использовать различные смазки (если, конечно, речь не идет о чисто спортивном плавании). Особого разговора заслуживает купальный костюм пловца. Сегодня — это сложная конструкция синтетической непромокаемой ткани, плотно облегающая фигуру спортсмена. Требования к купальному костюму оговариваются правилами соревнований. Бытует еще мнение, что на сопротивление трения существенное влияние оказывает волосяной покров кожи. В специальной литературе практически отсутствуют сведения, свидетельствующие о том, что такая взаимосвязь действительно существует. Кроме того, выполнялись отдельные экспериментальные работы, которые показали отсутствие статистически значимых отличий. Скорее, это проблема психологического порядка. Не случайно высококвалифицированные спортсмены сбривают волосяной покров перед ответственным финальным заплывом и никогда не делают это по несколько раз в день: тем самым удается лучше «почувствовать воду». Сопротивление вихреобразования. Что такое вихрь? Вихрь — это группа частиц жидкости, вращающихся вокруг одной мгновенной оси с одинаковой угловой скоростью. Ось может быть подвижна и неподвижна в пространстве. Вихри образуются на границе смежных слоев воды, текущих с разными скоростями, например, в пограничном слое. Они могут возникать при резком изменении направлений течения, наблюдающихся у тел, помещенных в потоки жидкости, либо вследствие рабочих движений пловца; например, в кроле на груди — в момент перехода рабочего движения ногами в подготовительное, когда резко меняется направление движения. Вихри образуются на поверхности руки в момент выполнения ею рабочего движения. Вихри остаются в следе после проплы-вания спортсмена, они формируются на границе «воздух—вода» в соответствующих способах плавания. Образованию вихрей способствует и неправильная форма человеческого тела, несмотря на благоприятное соотношение длиннотных и поперечных размеров тела (оно примерно такое же, как у рыб и морских животных — 6:1). Выступающие части тела, — такие, как голова, плечи, ягодицы, колени, стопы, — не способствуют равномерному обтеканию потоками жидкости. Фактически вихреобразование начинается уже на уровне головы и линии плеч, но все-таки отрыв струй жидкости происходит большей частью сзади движущегося тела. Ситуация еще более усугубляется, если принять во внимание тот факт, что положение отдельных частей тела, да и всего тела в целом, при плавании постоянно меняется. Согласно закону Бернулли, на поверхности тела, на разных его участках, изменяется давление. Оно повышается там, где скорость обтекания снижается, и снижается там, где скорость повышается. При этом изменяются направления потоков жидкости: они устремляются в первую очередь в области более низкого давления. Сталкиваясь, они либо суммируются, либо нивелируют друг друга. Все это сопровождается огромными диссипациями энергии. Особенно велика область беспорядочного вихревого движения непосредственно за телом. Суммарно давление здесь столь понижено, что это заметно препятствует движению тела пловца в заданном направлении. Вихреобразование можно зафиксировать киносъемкой по пузырькам воздуха, которые увлекаются под воду благодаря подсасывающему действию вихрей. При этом лучше использовать повышенную частоту кадров (более 24/с). Вызванные потоки можно зарегистрировать с помощью индикатора-красителя — марганцовокислого калия.
Относительный вклад сопротивления вихреобразования в общее сопротивление телу пловца составляет примерно 65—75 %. Его нередко называют сопротивлением формы, ибо оно практически полностью зависит от формы, размеров тела и состояния его поверхности. Если еще раз обратиться к известной формуле: где: v — скорость движения тела; р — плотность воды; S — площадь наибольшего поперечного сечения при проекции на фронтальную плоскость; С — коэффициент обтекаемости, то становится очевидным, что сопротивление определяется главным образом формой тела и его поперечными размерами. Действительно, наибольшие корреляционные зависимости сопротивления воды зарегистрированы с такими показателями, как вес тела, окружность грудной клетки, ширина плеч, окружность бедра. Современные пловцы — это атлеты высокого роста, стройные и худощавые. Удлиненные формы способствуют переносу места отрыва потоков воды ближе к «хвостовой» (по аналогии с рыбами) части тела. Турбулентный слой при этом будет значительно уже. В табл. 1 представлены тотальные размеры тела пловцов высокого класса (мужчин; у женщин отмечены те же закономерности). Как видно из данных этой таблицы, у большинства пловцов показатель роста значительно превышает вес тела. В практике спортивного плавания используется индекс Бро-ка, который представляет собой число, полученное путем вычитания из величины показателя роста спортсмена (в сантиметрах) числа 100 и веса спортсмена, выраженного в килограммах. В проведенном сравнительном исследовании Н.Ж. Булгакова (1980) обратила внимание на любопытную особенность: финалисты Олимпийских игр на каждой из дистанций выше остальных участников в среднем на 3—4 см. А посредственно выступившие на отдельных дистанциях участники сборной команды СССР уступают в показателе роста олимпийским чемпионам на этой дистанции 6—7 см! Если данный показатель действительно столь жестко детерминирован целым рядом причин и лимитирует спортивный результат в плавании, очевидно, ему СП следует уделять большее внимание при отборе и при определении специализации в спортивном плавании. Особенно высокий индекс Брока у «спинистов». Это, видимо, не случайно, скорее — закономерно. К примеру, выдающийся пловец — «спинист», чемпион двух Олимпиад Роланд Мат-тес (ГДР) имел показатель роста 188 см, а вес — лишь 60 кг (!); индекс Брока у него соответственно равнялся 28. Насколько важны поперечные размеры тела, еще раз доказывают данные, представленные в табл. 2. У спортсменов, специализирующихся в плавании кролем, величины площади сечений уменьшаются с увеличением дистанции. Известно, что площадь поперечного сечения коррелирует с силой пловца. С увеличением длины дистанции работа переходит в зону более низкой мощности, не требуя уже больших мышечных усилий, а следовательно, изменяются и требования к морфотипу пловца. На первое место выходят признаки, характеризующие экономичность энергозатрат и гидродинамические качества,в частности, обтекаемость. Самые высокие показатели у спринтеров, наименьшие же, видимо закономерно, — у «спинистов». Одним из факторов, характеризующих форму тела, является осанка. Пловцы высокого класса существенно различаются по типу осанки в зависимости от специализации. Так, например, у специализирующихся в плавании брассом и дельфином — «кифотический» тип осанки, характеризующийся увеличением угла изгиба позвоночного столба в грудном отделе. Очевидно, несколько приподнятое положение плеч из-за круглой спины обеспечивает первым спортсменам уменьшение угла атаки, снижение гидродинамического сопротивления, вторым — облегчает вынос рук из воды и пронос их по воздуху. У представителей кроля на груди (короткие и длинные дистанции), плавания на спине и комплексного плавания — незначительные изгибы позвоночного столба в грудном отделе.,Очевидно, на этих дистанциях необходима более плоская и более обтекаемая форма тела. У женщин, представительниц плавания на спине, дельфином, брассом, в комплексном плавании, отличия по обхватным размерам практически отсутствуют. Только спортсменки, специализирующиеся в брассе, имеют большой обхват бедра, а у тех, кто специализируется в плавании кролем, существенные различия наблюдаются лишь в обхватных размерах таза и бедра. Сопротивление волнообразования. Волнообразование возникает вследствие движений пловца. Передняя часть тела, раздвигая воду, вызывает появление расходящихся волн. Следующая волна, задняя, появляется за тазом. Между передней и задней волной образуется впадина, в которую устремляются потоки жидкости. Это становится причиной образования поперечных волн. На преодоление сил тяжести и давления сдвигаемой в виде волн массы воды затрачивается часть энергии пловца. Волны образуются при входе рук в воду (после подготовительного движения), после рабочих движений ногами. С увеличением скорости плавания волнообразование возрастает. При скорости плавания менее 1,5 м/с волновое сопротивление невелико. Его значение возрастает на соревновательных скоростях (2 м/с). Сравнение движений по поверхности и под водой показывает, что скорость перемещения под водой выше. Такая разница обусловлена именно отсутствием волнообразования. Причиной волнообразования становятся и другие пловцы. Это происходит во время групповых тренировок и соревнований. Именно поэтому сильнейшие спортсмены получают право тренироваться и выступать по средним дорожкам. Остальные попадают в более неблагоприятные условия. На скорость плавания оказывают влияние не только волны, возникающие от других пловцов, но и волны, отраженные от бортика бассейна, особенно в небольших бассейнах, при этом по крайним дорожкам плыть значительно тяжелее. Сливные желоба, расположенные в стенках современных бассейнов, частично гасят эти волны. Роль волногасителей играют и распределительные дорожки. В мелкой воде при той же скорости плавания образуются волны большей высоты, поэтому плавать в мелком бассейне несколько труднее. Активное сопротивление. Существует много различных сравнительных индексов, безразмерных коэффициентов, других величин. Их можно анализировать, сопоставлять, экстраполировать на различные гидродинамические ситуации, но гораздо важнее отметить тот факт, что все это чаще всего справедливо для частного случая, какого-то одномоментного состояния, большинство параметров получены в условиях эксперимента, в модельных опытах и не вполне отражают реальные условия. Известные гидродинамические зависимости между сопротивлением, движущими силами и скоростью не могут быть перенесены на человеческое тело. Именно поэтому исследователи различают понятия и скрываемые за ними явления — «активное» и «пассивное» сопротивления. Активное сопротивление выше пассивного приблизительно в 1,5—2 раза. По сложившейся же традиции гидродинамическая буксировка пловца отождествляется с сопротивлением активного тела. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|