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.