Целостно-раздельный метод 5 страница

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.

Измерение активного сопротивления крайне затруднитель­но. Вместе с тем разница существует, и она значительна. Отли­чие заключается прежде всего в нестационарности условий (колебания скорости, величина осадки двигающегося тела, из­менение формы смоченной поверхности и т.д.). Комплексное изучение изменений формы тела на протяжении цикла, движе­ния присоединившейся массы воды, сил инерции оказалось бы весьма плодотворным.

Перспективу исследований могут подсказать наблюдения за рыбами и морскими животными. О скоростях, развиваемых некоторыми морскими животными, ходят легенды. Как бы то ни было, они не лишены оснований. Так, крупный тунец, про­глотив живца, начинает разматывать леску спиннинга. Лучшей возможности для измерения скорости этой рыбы трудно и при­думать. Измерения показывают, что в течение нескольких се­кунд он движется со скоростью 90 км/ч.

А рыба-меч питается тунцами. По данным литературы, ее скорость 130 км/ч.

Такой скорости не имеет ни одно подводное судно.

Вызывает восхищение и поведение дельфинов. Хоть они и не обладают такой же высокой скоростью, их ловкость и под­вижность в воде просто поражают. Очевидно, это происходит благодаря особым гидродинамическим качествам.

Сегодня уже математически решена задача распределения динамического давления на поверхности тела плывущего дель­фина (Е.В. Романенко, 1994). Она определенно показывает на­личие по крайней мере одного механизма, лежащего в основе снижения сопротивления активно движущемуся телу. Таким механизмом является механизм создания отрицательного гра­диента давления.

Для того чтобы был реализован такой механизм, движения должны:

— носить колебательный характер;

— быть организованы по типу правильной синусоиды;

— быть преимущественно в вертикальной плоскости;

— иметь амплитуду, увеличивающуюся в направлении спе­реди назад.

Если же сегодня обратиться к технике спортивного плавания, а именно в спортивном плавании она в наибольшей степени со­вершенствовалась и видоизменялась, то во многих ее частях можно обнаружить характерную волнистость движений. Наи­большее выражение это получило в способе плавания дельфин. Даже «тихоходный» брасс по мере роста соревновательных скоростей вплотную приблизился к дельфиноподобным движе­ниям. Известно, что с начала 70-х гг. появилась разновидность брасса, получившая название «волнистыйстиль», «дельфинопо-добный брасс»; американцы назвали такой вариант брасса «европейским» брассом. Пришлось даже внести изменения в пра­вила соревнований. В истории брасса уже была попытка значи­тельного повышения скорости. Ее результат известен: в 1953 г. ФИНА официально зарегистрировала новый спортивный

способ плавания — баттерфляй. Пловцы недолго использовали брассовые движения ногами, очень быстро появилась коорди­нация, которая встречается в технике современного дельфина. Волнистость движений характерна и для кроля на груди, и для кроля на спине. Таким образом, наблюдая за современной тех­никой спортивных способов плавания, можно, без сомнения, отметить одно: по мере роста соревновательных скоростей про­исходит ее «сужение», упорядочение элементов. Это связано с тем, что увеличиваются требования к технике, обусловлен­ные жесткими условиями водной среды, то есть, по сути, при­ходится сталкиваться со значительным ограничением степени свободы в решении двигательных задач пловца: возможности для выбора оптимального варианта внутри техники спортивно­го способа плавания явно ограничиваются. В конечном итоге все это говорит в пользу изучения наиболее общих основ техни­ки плавания. Без сомнения, механизм создания отрицательно­го градиента давления на поверхности тела пловца — один из общих признаков техники.

Очевидно, среда (вода), предъявляя жесткие требования, существенно лимитирует поведение пловца, укладывая его в строгие рамки наиболее общих закономерностей. Изучая эти закономерности, обязательно нужно обращаться к законам дви­жения рыб и животных, обитающих в воде.

Таким образом, чтобы был реализован механизм создания
отрицательного градиента давления и, согласно теореме Бер-
нулли, скорость обтекания поверхности была наибольшей, пло­
щадку поверхности (отдельную часть биозвена, тела) следует
расположить под направлением встречного потока таким обра­
зом, чтобы он оказался по касательной к поверхности. Разуме­
ется, это может быть достигнуто лишь посредством сложнейших
технических приемов, что и наблюдается в технике спортивно­
го плавания. »

Существенное значение, с точки зрения условий обтекания, имеет состояние поверхности тела пловца. Настало время рассматривать кожу как отдельный внутренний орган, а те про­цессы, которые происходят на границе ее поверхности, как ми­нимум, — на уровне кожно-гальванических реакций.

Эластичность кожи играет значительную роль в снижении гидродинамического сопротивления.

Попытки исследовать эластичность кожных покровов пред­принимаются достаточно давно. Установлено, что эластичность кожи у женщин лучше, чем у мужчин; у детей лучше, чем у взрослых.

Состояние поверхности кожи исследуется главным образом через изучение электрических явлений. Они отражают функ­циональное состояние вегетативной нервной системы. Кожно-гальваническая реакция входит в качестве компонента в систе­му ориентировочного рефлекса. Ориентировочная реакция сопровождается уменьшением электрического сопротивления кожи. Это свидетельствует об активации симпатического отде­ла вегетативной нервной системы и является фактором, способ­ствующим повышению возбудимости коры головного мозга.

Абсолютный порог кожной чувствительности принято счи­тать важнейшей характеристикой кожного анализатора. Отра­жая состояние поверхности кожи, он теснейшим образом свя­зан с большинством характеристик телосложения, косвенно может свидетельствовать о гормональном статусе пловцов, сопряжен с толщиной подкожного жира. Это становится осо­бенно важным в работе с юными спортсменами и при решении проблем спортивного отбора в плавании. Сравнение величин электрокожной чувствительности у квалифицированных плов­цов и лиц, не занимающихся спортивным плаванием, свидетель­ствует о чрезвычайно высоких требованиях спортивного плава­ния к данному признаку.

С возрастом порог электрокожной чувствительности повы­шается.

У пловцов высокой квалификации наблюдается значитель­ное снижение вариативности отдельных признаков с возрастом, что косвенно указывает на сокращение возможностей взаимной компенсации и ужесточение требований к специфическим для плавания качествам. В ряду этих признаков оказываются ре­льеф тела и его покров, меньший удельный вес тела, высокая чувствительность кожного анализатора.

Сегодня исследователями не только изучается состояние элек­трических явлений на рабочих поверхностях движителей, но и предпринимаются попытки воздействовать на кожу с целью изменения электрических явлений, повышения «чувстваводы».

Итак, многие примеры отчетливо свидетельствуют о неиден­тичности активного и пассивного сопротивлений. Оказывается сложным оценить реальную гидродинамическую ситуацию. Вместе с тем существует целый ряд прямых и косвенных мето­дов исследования активного сопротивления. Среди них особен­но следует выделить метод малых возмущений с помощью дополнительного гидродинамического тела, разработанный отечественными учеными СВ. Колмогоровым, О.А. Дуплище-вой в начале 90-х гг. XX столетия.

Установлено, что характеристики пассивного движения до­статочно консервативны. При активных же движениях пока­затели могут иметь значительный диапазон колебаний. Кроме того, одна и та же соревновательная скорость может быть дос­тигнута при различных гидродинамических характеристиках. Даже у одного и того же спортсмена в течение тренировочного сезона индивидуальные показатели отличны.

Установление строгой количественной меры показателей реальной гидродинамической ситуации может не только стать надежным ориентиром для дальнейших исследований, но и широко использоваться в практике спортивного плавания. Пока это возможно лишь на уровне национальной сборной ко­манды. Ориентиром могут служить средние групповые показа­тели элитных пловцов, представленные в табл. 3.

Гидродинамическая подъемная сила.Как известно, тело пловца по отношению к обтекаемому потоку находится под некоторым углом (углом атаки). Угол будет считаться поло­жительным, если продольная ось тел отклоняется вверх от линии, характеризующей направление движения, и отрицательным — если отклоняется вниз. При взаимодействии со встречным пото­ком на тело воздействуют силы внутреннего трения, направлен­ные по касательной к телу, и силы давления, направленные всегда перпендикулярно к поверхности тела. В сумме они опре­деляют величину и направление силы реакции воды. В целом по отношению к телу, расположенному под некоторым углом, направление действия силы реакции приближается к перпен­дикуляру, опущенному к продольной оси тела.

По правилу параллелограмма, ее можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Вертикаль­ная составляющая и есть не что иное, как подъемная сила.

Аналогично подъемная сила возникает и на от­дельных рабочих звеньях (рис. 8). Действие подъем­ной силы в известных пре­делах благоприятно сказы­вается на продвижении пловца. Она способствует более высокому положению тела по отношению к по­верхности воды, тем самым облегчая ему движения над водой и дыхание.

С увеличением угла атаки изменяется коэффициент сопро­тивления.

В диапазоне от 0 до 15° величина коэффициента лобового сопротивления меняется незначительно. В дальнейшем при­рост более значителен, и особенно он велик при углах атаки свыше 25°.

При скоростях перемещения 0,7 м/с и выше, в силу встреч­ного сопротивления, ноги сами приподнимаются до горизон­тального положения; при этом пловцу нет необходимости для поддержания положения тела выполнять компенсаторные дви­жения ногами.

Движущие силы.Сила реакции воды R, являющаяся внеш­ней по отношению к телу пловца, сама по себе вызвать движение пловца не может. Источником его движущих сил служат внут­ренние силы мышечного сокращения. Сила, которая сообщает пловцу движение вперед (она называется движущей), создается за счет рабочих (тех, которые создают силу тяги) движений ру­ками, ногами, туловищем, то есть главным образом за счет сил активного мышечного сокращения.

Величина движущей силы зависит от мышечной силы плов­ца и эффективности ее приложения во время гребка. Эффектив­ность движений рабочих звеньев будет рассмотрена подробнее в последующих разделах.

Совокупность звеньев тела (рабочих звеньев), механически взаимодействующих с водой для создания движущей силы, на­зывают движителем. На нем имеются рабочие плоскости (по­верхности), благодаря которым происходит отталкивание. На рабочие плоскости движителя действует сила реакции воды

(рис. 9). Она позволяет плов­цу опереться о воду и оттол­кнуться от нее (согласно тре­тьему закону Ньютона).

Дополнительные движу­щие силы.При движении взаимосвязанных звеньев тела пловца с ускорением от­носительно друг друга воз­никают внутренние инер­ционные силы. Они направ­лены в сторону, противопо­ложную ускорению.

Инерционные силы ме­шают продвижению пловца,

способствуют раскачиванию тела, нарушая тем самым его обте­каемое положение. Это происходит, к примеру, при быстром движении рукой по воздуху через сторону в кроле на груди и на спине.

Инерционные силы могут и способствовать эффективному продвижению вперед. Так, во время плавания кролем инерци­онные силы, возникающие при ускорении движения руки по воздуху, передаются по цепи звеньев на кисть руки, выпол­няющей гребок, и усиливают отталкивание от воды.

Во время входа рук в воду после проноса по воздуху в под­готовительном движении (кроль, дельфин, на спине) или вы­ведения рук вперед (в брассе) встречный поток воды тормозит движение рук вперед. Инерционные силы помогают завер­шить эту фазу движений и растянуть мышцы плечевого пояса и спины, переводя часть энергии движения в энергию упругого мышечного растяжения. Упругие силы мышц оста­навливают движение в одном направлении и помогают начать его в обратном.

Наиболее полное использование внутренних инерционных и упругих сил как дополнительных к силам активного мышеч­ного сокращения — признак высокого технического мастерства спортсмена.

Роль этих сил возрастает с увеличением темпа движений.

Во время плавания верхняя часть туловища, голова, руки спортсмена в отдельные моменты цикла частично или полнос­тью выходят из воды. При этом уменьшается объем вытеснен­ной жидкости и звенья как бы вновь приобретают свой собствен­ный вес: вес головы составляет примерно 7 % от общего веса, а вес плеча, предплечья и кисти (вместе) — соответственно 3 и 1 %. Суммарно вес этих звеньев может быть равен от 12 (у подростков) до 18 кг у взрослых. Потенциальную энергию вы­сокого положения отмеченных звеньев относительно воды плов­цы используют для активного продвижения в заданном направ­лении: с одной стороны, уменьшается встречное сопротивление, а с другой — облегчается разгон этих звеньев.

Таким образом, представляется необходимым подвести крат­кий итог и обозначить предпосылки наиболее рациональных способов и приемов продвижения в воде. Это существенно об­легчит понимание техники плавания.

1. Система условий, в которых происходят движения плов­ца, строго специфична.

2. В силу высокой плотности среды движения пловца долж­ны иметь выраженное силовое обеспечение.

3. Поскольку опора подвижная, требуется специальная орга­
низация усилий.

4. Движения пловца должны быть экономичными.
В этой связи:

— положение тела должно быть обтекаемым в течение всего цикла движений;

— рабочие движения должны выполняться с ускорением;

— в начатых движениях не должно быть ни одной паузы или остановки;

— наиболее эффективен контакт движителя с неподвижны­ми частицами жидкости;

— должно быть оптимальным положение движителя по от­ношению к направлению выполняемого пловцом движения;

— при прочих равных условиях значительнее других долж­на быть «горизонтальная составляющая»;

— для создания большей силы тяги площадь рабочих плос­костей должна быть большей.

Рассмотрим, как это реализуется в частных движениях пловца. В литературе представлены специальные упражнения, спо­собствующие снижению активного сопротивления:

а) пассивная буксировка на установке контактного силового
лидирования на длинных отрезках с включением коротких от­
резков активного плавания с максимальной скоростью;

б) плавание в полной координации на соревновательных
и выше скоростях на установке бесконтактного лидирования
(плавание за специальным гидродинамическим телом с плохой
обтекаемостью). В результате появляется возможность совер­
шенствовать технику плавания в соревновательных диапазонах
скоростей на фоне низкого уровня функционирования физио­
логических систем организма;

в) плавание в гидроканале на соревновательных скоростях
и выше; при этом верхний слой потока движется с замедленной
скоростью;

г) плавание в гидроканале с соревновательной скоростью
и выше, когда к пловцу прикреплен груз, тянущий его в направ­
лении, совпадающем с действием сил гидродинамического со­
противления.

Нужны новые данные. Нужны новые подходы.

Механизмы, обеспечивающие оптимальное положение тела. Уже отмечалось, что для движения в воде оптимальна такая форма, которая имеет соотношение продольных и поперечных размеров тела как 6:1. Для того чтобы приблизиться к этим ус­ловиям, тело пловца должно занимать в воде хорошо обтекае-

мое, вытянутое относительно продольной оси, сравнительно высокое и динамически уравновешенное положение. Угол ата­ки — 3—5°.

Как добиться такого положения? За счет оптимальной поста­новки головы. Известно, что в организме отдельные его части или звенья рефлекторно взаимосвязаны между собой. Одно из таких крупных звеньев — голова, от постановки которой очень многое зависит. Так, если голова берется «на грудь», ав­томатически происходит сгибание в тазобедренных суставах, и наоборот: голова откидывается назад, рефлекторно происхо­дит прогибание в пояснице, то есть движением или постанов­кой головы можно регулировать положение тела в воде.

Во всех спортивных способах плавания, за исключением плавания на спине, голова спортсмена участвует в движени­ях, связанных с актом вдоха. Если эти движения выполняют­ся в едином ритме с рабочими движениями, то они усиливают последние.

Непринужденная постановка головы с расслабленными мышцами шеи рефлекторно уменьшает напряжение мышц пле­чевого пояса и спины, способствуя более продуктивному выпол­нению гребков руками.

Частично оптимальное положение обеспечивается за счет активных движений ногами, это происходит несмотря на то, что на уровне соревновательных скоростей возникновение подъем­ной силы способствует самопроизвольному подъему ног до го­ризонтального положения.

Оно обеспечивается и благодаря эффективному движению руками. Мы видели, что в параллелограмме есть «вертикаль­ная» составляющая.

Какие преимущества дает пловцу высокое положение тела?

Прежде всего это уменьшает встречное сопротивление, спо­собствует лучшему проносу рук в подготовительном движении над поверхностью воды. Высокое положение помогает приоб­рести необходимое количество движения во время вспомога­тельных движений руками и плечевым поясом над водой и тем увеличить эффективность последующих рабочих движений. Более того, при нем пловец субъективно лучше ощущает свои движения и особенно ошибки.

Оптимальное положение тела пловца сохраняется при равномерном распределении усилий на правую и левую конеч­ности, а также при оптимальных темпе и ритме движений ко­нечностями.

Движения ногами

Движения ногами способствуют поддержанию опоры и созда­нию силы тяги.

Для начала рассмотрим движение прямой ногой сверху вниз (наподобие рабочего движения в кроле на груди) (рис. 10).

Вспомним: с какой силой нога давит на воду, с такой же си­лой вода действует в противоположном направлении; кроме того, сопротивление воды возрастает пропорционально квадра­ту скорости движения отдельных точек. Благодаря этому опора ноги о воду возрастает от проксимального отдела ноги к дистальному (к стопе), а равнодействующая этих сил сосредо­точена в точке, расположенной в области стопы.

Воспользуемся правилом параллелограмма, при этом полу­чим две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Со­ответственно они характеризуют силу тяги и подъемную силу.

Несколько иная картина наблюдается при сгибании ноги в коленном суставе (так, как это в реальности происходит при плавании кролем на груди). Это наглядно проиллюстрировано на рис. 11.

Если взять момент, когда бедро, двигаясь вниз, заняло го­ризонтальное положение, а голень и стопа несколько отстают, на бедре создается лишь подъемная сила, на голени и стопе возрастают силы тяги, подъемная сила относительно умень­шается.

Продолжая свое движение вниз, как показано на рис. 11, бед­ро проходит через горизонтальное положение и располагается под углом к направлению движения пловца. Здесь возникает сила Р, поднимающая бедро к поверхности воды, и сила Т, тор­мозящая движение.

Наконец, в рабочее движе­ние активно включаются го­лень и стопа (рис. 12); они хлы-стообразно устремляются вниз вслед за бедром, в результате чего вновь уменьшается сила тяги относительно подъемной силы, т. е. большая часть уси­лий в этот момент использует­ся для поддержания пловцом своего тела в горизонтальном положении, при этом на бедре возникает сила, которая назы­вается топящей.

Аналогично можно рассмотреть без текстового содержания, непосредственно по рис. 13, 14, то, что произойдет при движе­нии ноги снизу вверх.

С помощью циклографического анализа удалось установить, что скорости движения ног сверху вниз и снизу вверх равны; од­нако это не означает, что эффективность работы ног вниз и вверх одинакова. Движение вниз в этом смысле предпочтительнее.

Поскольку ноги выполняют одновременно движения в про­тивоположные стороны, моменты их сил суммируются. При движении подъемные силы больше топящих, а движущие — больше тормозящих.

Нетрудно заметить, какую огромную роль в движениях плов­ца играет стопа. По сути, это основная рабочая часть ноги. С данной точки зрения особое значение в работе ног приобретает степень подвижности голеностопного сустава. Рис. 15 наглядно демонстрирует, как по-разному могут распределяться силы при разной подвижности. У хороших пловцов-кролистов наблюдает­ся значительное сгибание ноги в голеностопном суставе — так

называемое подошвенное сгибание. При этом стопа занимает особенно выгодное положение для создания силы тяги (рис. 15, а). Если подвиж­ность слабая, стопа может создавать лишь подъемную силу (рис. 15, б), и, наконец, если стопа совсем жестко фиксирована, создается даже отри­цательная тяга, препятствующая продвижению пловца (рис. 15, в).

Заканчивая рассмотрение движений ногами, следует заме­тить, что их движения отдельно (например, плавание с плава­тельной доской — «на одних но­гах») и при плавании в полной координации несколько отлич­ны. При общей согласованности движений движущие силы от движений ногами, безусловно, меньше. Вместе с тем гораздо важнее то, что их движения при­дают телу устойчивость, удержи­вают его в горизонтальном поло­жении, чем облегчают работу рук и дыхание, а также поддержива-

ют общий ритм движении.

Анализ циклограмм показывает, что ни одна точка ноги не движется назад: ноги как бы скользят вперед по наклонной плоскости.

Таким образом, движения ногами:

а) обеспечивают горизонтальное положение тела пловца, осу­
ществляют функцию равновесия;

б) создают силы тяги;

в) участвуют в общей координации движений пловца, под­
держивают ритмический рисунок движений всех звеньев.

Движения руками

При плавании спортивными способами руки являются основ­ными движителями. Даже в брассе, где в создании движущих сил примерно в равной мере участвуют руки и ноги, техника

Плавание 65