Plavanie uchebnoe posobie

43
42

---

циентом К сопротивления среды (воды) в данных условиях (фор-
ма тела пловца, состояние поверхности тела, волнообразование 
в данном бассейне). Формула примет вид:
Так как плотность воды практически равна единице, окон-
чательно формула будет выглядеть так:
В свою очередь, положение тела во многом зависит от скоро-
сти его движения. Впервые зависимость была изучена методом 
буксировки в воде (СМ. Гордон, 1968). Результатом проделан-
ных опытов явилась кривая зависимости сопротивления от ско-
рости, 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 
эмпи-
рического ряда регрессии способом наименьших квадратов при-
вело 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 по-
мнить, что все они справедливы лишь для какого-то частного 
случая и отражают одномоментное состояние. В целом гидро-
динамическая ситуация гораздо сложнее и не укладывается в 
рамки какой-либо формулы.
Привлекает внимание один принципиальный момент: взаи-
мосвязь 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-
44
мое средой движущемуся телу, и есть попытка оценить это со-
противление, подвергая, в частности, его анализу и используя 
при этом модельные опыты.
Однако модель — это еще не естественная гидродинамичес-
кая ситуация. Последняя намного сложнее. Значит, требуются 
еще более подробный анализ и весьма осторожная его оценка.
Именно поэтому в литературе существует обилие разных тер-
минов: 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 несжи-
маемой 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 сопротивле-
ния 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 относи-
тельно низких скоростях движения жидкость в своем поведении 
подчиняется законам ламинарного тока, то есть движение жид-
кости слоисто. Каждый отдельный слой перемещается со своей 
строго определенной скоростью. Частицы в потоке рас-
45

---

полагаются не хаотично, как это 
можно было бы предположить, а 
строго упорядочение: не переме-
шиваясь, 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. 
46
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 рассмат-
риваются 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 
47

---

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».