какие существуют виды плавучести в плавании
Плавучесть
Плавучесть — свойство погружённого в жидкость тела оставаться в равновесии, не выходя из воды и не погружаясь дальше, то есть плавать. Также — раздел теории корабля, изучающий плавучесть.
Содержание
Закон Архимеда
Древнегреческий учёный Архимед сформулировал закон, по которому погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объёма жидкости.
При этом сила выталкивания, по природе сила давления, зависит от плотности жидкости (ρfluid), а вес (Gravity) от плотности тела (ρobject). Обе силы являются равнодействующими распределённых нагрузок. Понятно, что чем выше плотность жидкости, тем меньшая часть тела погрузится до равновесия. Наоборот, чем больше плотность тела при заданном объёме, тем больше его масса m, и тем глубже оно погрузится.
При отсутствии поверхностного натяжения, уравнение равновесия плавающего тела будет выглядеть:
где Pobject — вес тела, g — ускорение свободного падения, Pim — вес погружённого тела.
Считают, что Архимед вывел этот закон, решая задачу определения плотности тела, не прибегая к объёмам. По легенде, ему требовалось узнать, из золота ли сделана корона, весившая столько же, сколько золотой слиток. Прямо измерить объём короны он не мог из-за её сложной формы. [1]
Плавучесть корабля (судна)
Запас плавучести
Под плавучестью корабля понимают его способность оставаться на плаву при заданной нагрузке. Эта способность характеризуется запасом плавучести, который выражается как процент объёма водонепроницаемых отсеков выше ватерлинии к общему водонепроницаемому объёму. Любое нарушение непроницаемости ведёт к снижению запаса плавучести. Для корабля (судна), у которого корпус водонепроницаем по главную палубу:
где Vн — объём подпалубных помещений над ватерлинией, Vo — весь объём подпалубных помещений.
Уравнение равновесия в этом случае имеет вид:
где P — вес судна, γ — плотность воды, V — погружённый объём, и называется основным уравнением плавучести
Физический смысл запаса плавучести — это объём воды, который судно может принять (скажем, при затоплении отсеков), ещё оставаясь на плаву. Запас плавучести 50 % значит, что водонепроницаемый объём выше ватерлинии равен объёму ниже неё. Для надводных кораблей характерны запасы 50÷60 % и выше. Считается, что чем бо́льший запас удалось получить при постройке, тем лучше.
Нейтральная плавучесть
Когда объём принятой воды (для надводного корабля) в точности равен запасу плавучести, считается что плавучесть утеряна — запас равен 0 %. Действительно, в этот момент корабль погружается по главную палубу и находится в неустойчивом состоянии, когда любое внешнее воздействие может вызвать его уход под воду. А в воздействиях, как правило, недостатка нет. В теории этот случай называется нейтральная плавучесть.
Отрицательная плавучесть
При приёме объёма воды больше чем запас плавучести (или любого груза, большего по весу) говорят, что судно получает отрицательную плавучесть. В этом случае оно неспособно плавать, а может только тонуть.
Поэтому для судна устанавливается обязательный запас плавучести, который оно должно иметь в неповреждённом состоянии для безопасного плавания. Он соответствует полному водоизмещению и маркируется ватерлинией и / или грузовой маркой.
Гипотеза прямобортности
Для определения влияния переменных грузов на плавучесть пользуются допущением, при котором считается, что прием малых (менее 10 % водоизмещения) грузов не меняет площадь действующей ватерлинии. То есть изменение осадки считается так, словно корпус является прямой призмой. Тогда водоизмещение прямо зависит от осадки.
Исходя из этого, определяется фактор изменения осадки, обычно в т/см:
где S — площадь действующей ватерлинии, q означает величину изменения нагрузки в тоннах, необходимую для изменения осадки на 1 см. При обратном расчете он позволяет определить, не вышел ли из допустимых пределов запас плавучести.
На чем основано плавание судов по воде. Действие силы Архимеда
Содержание:
Легко смириться с фактом, что небольшая деревянная лодка выдерживает вес пары взрослых мужчин с рыбацким снаряжением. Понять, как не тонут многотонные металлические боевые корабли и танкеры с контейнерами, человеческому мозгу сложно. Это до момента, пока у ребёнка нет знаний физических законов, объясняющих на чем основано плавание судов. Разберёмся, за счёт каких сил и явлений тяжёлые на первый взгляд предметы не тонут в жидкости, а масло всегда держится на поверхности воды.
Закон Архимеда
Уже тогда была известна формула вычисления объёма тел при известных массе и плотности. С весами проблемы не было, а определить объём сложного украшения крайне сложно, не переплавив его в слиток.
Архимед долго размышлял над задачами, пока не погрузился в ванную, откуда выплеснулась вода. Он понял, что собственное тело вытесняет столько жидкости, сколько само занимает в пространстве. Учёный выскочил из дома и без одежды с криком «Эврика» побежал к правителю поделиться соображениями. Он понял, что, погрузив в воду кусок золота, равный короне весом, можно определить факт обмана.
Инженер сделал открытие, носящее название закон Архимеда: погруженное в жидкость либо газ, тело выталкивается с силой, равной массе вытесненного телом жидкого или газообразного вещества. Эта выталкивающая сила называется гидростатической либо архимедовой. Действует она только в условиях гравитации, в невесомости – нет.
Если помещённое в жидкость тело плавает, значит значение выталкивающей силы по модулю больше гравитации.
Плавучесть судна
Плавание судов и воздухоплавание объясняются законом Архимеда. В покое давление в жидкости объясняется ударами перемещающихся молекул одна о другую. При погружении предмет вытесняет часть жидкости. Молекулы будут ударяться о предмет. Если боковые силы уравновешиваются, то оказываемое снизу давление выталкивает тело наверх. И с ростом глубины сила Архимеда растёт – чем глубже предмет, тем сильнее выталкивающая его сила.
Почему стальные судна, в разы плотнее воды, не тонут в ней? Количество вытесняемой ими жидкости равняется объёму находящегося в жидкости металла (корпуса) и воздуха, который содержится в нём. Сталь плотнее воды всего в 7,8 раз, а воздух – реже неё приблизительно в 770 раз. Фактическая плотность погруженного в воду корабля в разы меньше, чем воды, поэтому жидкость выталкивает его наверх.
Что такое масса воды, вытесняемая плавающим судном
Водоизмещение – масса воды, вытесняемой погруженной частью плавающего судна. Она весит столько, сколько корабль, независимо от габаритов. Водоизмещение оказывает влияние на загруженность судна, на дальности плавания судна не сказывается.
Основные физические законы для водной среды
Основные физические законы для водной среды
Известно, что главным фактором, определяющим технику плавания, являются некоторые физические законы, в частности законы гидростатики и гидродинамики.
Под статическим плаванием следует понимать такое плавание, при котором на тело человека, находящегося в воде без движений, действуют две силы: сила тяжести (вес тела), направленная вниз, и подъемная сила воды, действующая кверху.
В зависимости от соотношения силы тяжести (FT) и подъемной силы воды (FB) могут быть три случая положения тела в воде: а) если FT больше, чем FB, то тело тонет; б) если FT равно FB, то тело находится в нейтральном положении (состояние равновесия); в) если FT меньше, чем FB, то тело всплывает на поверхность воды.
У человека различают вертикальную и горизонтальную плавучесть. При вертикальной плавучести силы FT и FB расположены вдоль продольной оси тела, а при горизонтальной они перпендикулярны к этой оси. Горизонтальная плавучесть оказывает положительное влияние на технику плавания.
Плавучесть зависит от удельного веса тела человека.
Обычно удельный вес тела человека при полном вдохе составляет 0,97, при полном выдохе-1,2, а при нормальном вдохе соответствует удельному весу воды, т. е. не превышает 1,0.
На плавучесть тела человека оказывает большое влияние степень погружения частей тела в воду. Наибольшая плавучесть наблюдается тогда, когда тело человека погружено в воду. В этом случае подъемная сила давления воды будет максимальной. Если пловец поднял из воды голову или руку, то он уменьшил подъемную силу воды на величину веса воды, объем которой равен объему головы или руки. Так как вес тела есть величина постоянная, не зависящая от степени погружения частей тела в воду, то вес руки или головы будет той силой, которая в данном случае уменьшит плавучесть и будет способствовать движению всего тела вниз.
Именно поэтому в спортивном плавании поворот или поднимание головы для вдоха, а также пронос рук над водой произ Равновесие тела
Если между ОЦТ и ОЦП по горизонтали имеется расстояние, равное L, то при равенстве сил FT=FB=F на тело будет действовать момент пары сил M=>FL. Этот момент будет вращать тело человека до тех пор, пока оно не примет вертикального положения.
Значит, для того чтобы тело пловца находилось в состоянии горизонтального равновесия, необходимо, чтобы момент пары сил обращался в нуль при горизонтальном положении тела. Этого возможно достигнуть лишь в тех случаях, когда ОЦТ и ОЦП совпадут или будут находиться в непосредственной близости друг от друга (1-2 см). В последнем случае момент пары сил будет незначительным и им можно пренебречь.
Следует особо отметить, что искусственное сближение у пловца ОЦТ и ОЦП за счет изменения положений конечностей и перегруппировки мышечных напряжений не приводит к положительным результатам, так как в технике плавания воспользоваться указанными действиями для достижения равновесия тела под влиянием статических сил не представляется возможным. Поэтому пловцы с «тяжелыми» ногами могут сохранять горизонтальное положение тела на поверхности воды за счет дополнительных мышечных усилий, развиваемых ногами пловца при поступательном движении.
Таким образом, для спортивного плавания необходимо отбирать таких людей, у которых была бы ярко выражена горизонтальная устойчивость тела (постоянное или длительное равновесие).
Динамическим плаванием называется поступательное движение пловца, при котором на его тело действуют четыре силы: силы тяжести (FT), подъемная сила (Р), сила тяги (FTяги) и сила встречного сопротивления (R). Сила тяжести является постоянной гидростатической силой. Величины остальных трех сил меняются в зависимости от различных причин, которые рассматриваются ниже. Подъемная сила является результирующей: она состоит из рассмотренной ранее гидростатической подъемной силы воды и некоторых гидродинамических подъемных сил. Гидродинамическая сила встречного сопротивления возникает в результате поступательного движения пловца в воде, которая имеет большую плотность и вязкость. Основным условием динамического плавания является реакция опоры (воды), которая возникает на гребущей поверхности в результате движения конечностей. Эта реактивная сила и будет гидродинамической силой тяги.
Гидродинамическая сила встречного сопротивления воды не является постоянной. Она изменяется в зависимости от скорости продвижения пловца, его миделева сечения формы тела и плотности среды.
При движении пловца с равномерной скоростью общий закон сопротивления водной среды может быть выражен следующей формулой: R=1/2*CpSV 2
Формула показывает, что сопротивление воды возрастает, если ее плотность, т. е. масса частиц, заключенных в одной объемной единице, увеличивается. Такое сопротивление повышается по закону прямой пропорциональности: если плотность воды увеличить в 1,3 раза, то и сопротивление движению в ней человека увеличится в 1,3 раза. На величину встречного сопротивления оказывает большое влияние миделево сечение пловца, которое также изменяет сопротивление воды по правилу прямой пропорциональности: чем меньше величина миделева сечения, тем меньше величина встречного сопротивления. Это правило требует, чтобы тело пловца в любом способе плавания принимало горизонтальное положение, при котором миделево сечение будет минимальным. Однако, учитывая некоторые необходимые колебания тела пловца вокруг поперечной оси в пределах одного цикла движений, следует рекомендовать располагать тело на поверхности воды под определенными углами в зависимости от способов плавания, скорости движения пловца и его индивидуальных особенностей. Из формулы видно, что сопротивление воды изменяется пропорционально квадрату скорости движения пловца. Это значит, что если пловец увеличил скорость движения в 1,5 раза, то сопротивление воды возрастает в 2,25 раза. Известно также, что любое изменение скорости связано с появлением ускорения, которое приводит к возникновению дополнительной гидродинамической силы сопротивления (Рдоп=ma).
Указанная зависимость сопротивления от изменения скорости плавания приводит к выводу о том, что техника плавательных движений и методика подготовки пловца должна обеспечить ему проплывание всех отрезков дистанции с одинаковой скоростью и приблизить к равномерной скорость продвижения пловца внутри каждого цикла в любом способе плавания.
Рассмотренное выше гидродинамическое сопротивление воды возникает в результате действия двух видов сопротивлений: сопротивления трения и сопротивления нормального давления. Последнее слагается из вихревого и волнового сопротивления.
Сопротивление трения возникает в результате взаимодействия поверхности тела с водой, обладающей свойством вязкости. Существует два вида трения: внешнее и внутреннее.
Внутренним трением называется трение частиц воды между собой.
Свойство вязкости воды таково, что оно позволяет соседним слоям скользить относительно друг друга. Наибольшую скорость движения имеют те слои воды, которые располагаются ближе
к пловцу: здесь скольжение одного слоя относительно другого минимальное. По мере удаления слоев воды от поверхности тела пловца скольжение увеличивается, а скорость движения воды падает. В результате трения пловец приводит в движение около одного кубометра воды, непроизводительно расходуя определенное количество своей энергии.
Трение можно уменьшить, если принять более высокое положение тела на поверхности воды. Этого можно достигнуть за счет повышения эффективности гребковых движений, которые в свою очередь повышают скорость плавания. Кроме этого, в целях уменьшения трения пловцы тренируются и выступают в соревнованиях в плавательных костюмах, изготовленных из материала, имеющего малый коэффициент трения (шелк, капрон, водоотталкивающая ткань и др.).
Плавание. Сопротивление вихреобразования Вихревое сопротивление возникает в связи с разностью сил давления воды впереди и сзади пловца. Когда пловец перемещается в воде, то впереди него образуется область повышенного давления, в которой он приводит в движение частицы воды. На это затрачивается определенная часть его энергии. В это же время сзади пловца образуется область пониженного давления. Попав в область пониженного давления, частицы воды по закону трения «прилипают» на мгновение к нижней поверхности тела (ногам) и некоторое время движутся вперед. В следующий момент эта часть воды отрывается (отстает) от нижней поверхности тела и на ее место поступают новые порции воды, движущиеся непрерывно спереди назад. Далее они также изменяют направление движения на обратное и т. п. Для того чтобы непрерывно изменять направление движения этих частиц воды, т. е. преодолевать вихревое сопротивление, пловец должен затрачивать большое количество энергии.
Величина вихревого сопротивления зависит от скорости и формы тела. Проделаем следующий опыт. Возьмем неполный цилиндр (рис 3) и будем двигать его в воде с равномерной скоростью. Полученное сопротивление примем за единицу. Если закруглить передний конец у цилиндра и замерить его сопротивление при той же скорости, то оно уменьшится в 2,5 раза; если закруглить задний конец, то сопротивление будет в 3,5 раза меньше; если закруглить оба конца, то сопротивление уменьшится в 5 раз, а / если придать цилиндру сигарообразную форму, сохранив при этом миделево сечение, то сопротивление уменьшится в 25-30 раз.
Отсюда следует, что для уменьшения вихревого сопротивления необходимо улучшить обтекаемость тела пловца: определить оптимальные пределы положения тела на поверхности воды (углы «атаки»), правильный угол выноса рук вперед во время подготовительных движений, уменьшить выход ног из плоскости тела, найти оптимальный прогиб в пояснице и др.
Волны образуются под действием сил тяжести частиц воды в результате движения тела пловца, а также ударов по воде руками и ногами. В результате этих явлений частицы воды поднимаются выше обычного уровня ее поверхности и затем опускаются вниз. Для того чтобы поднять частицы воды выше уровня ее поверхности, пловец расходует часть своей энергии. Кроме того, он затрачивает энергию на преодоление волн и на удержание собственного равновесия в результате дополнительного раскачивания.
Таким образом, волновым сопротивлением называется та часть полного сопротивления воды, которая приходится на образование и преодоление волн.
Размеры волн зависят от формы тела, его колебаний, амплитуды движений руками и ногами, скорости движения тела, а также от глубины и размеров бассейна. Уменьшения волнового сопротивления можно достигнуть за счет создания наиболее устойчивого горизонтального положения тела, быстроты опускания рук в воду, уменьшения величины поднимания из воды ног, а также за счет нахождения оптимального темпа.
Плавание. >Подъемная сила и сила тяги Рассмотрим вопрос о возникновении подъемной силы и силы тяги при поступательном движении. Возьмем пластинку Подъемная сила и сила тяги» target=»_blank»>(рис. 4), которая имеет незначительную толщину (h->0), и поместим ее
Рассмотрим, как изменяются силы Rj, Fx, Fy и F Tp при различных значениях угла а.
1. Если угол а равен нулю, то Rj = 0. Следовательно, Fx=0 и Fy=0, а сила F TP =R. В этом случае отсутствует вихревое и волновое сопротивление.
2. Если угол а равен 45°, то Rj = F Tp =0,7R. Силы Fx=Fy= R/2
В этом случае наблюдается действие всех видов сопротивления: общее сопротивление значительно превышает его величину при угле а=0.
3. Если угол а равен 90°, то Rj=R, но так как Fy=0, то FX=R. В этом случае действует сила горизонтального давления, есть вихри и волны, а общее сопротивление является наибольшим.
Сопоставляя все три варианта положения пластинки, можно сделать вывод о том, что наилучшее положение ее при движении в воде будет такое, при котором она приближается к горизонтальному положению (угол а=3-5°), так как в этом случае будут действовать необходимая поддерживающая гидродинамическая сила, малая сила горизонтального давления и почти максимальная сила трения.
Теперь представим себе, что вместо пластинки в воде с помощью внешней силы тяги F тяги с равномерной скоростью движется человек. Тогда при горизонтальном положении на него, кроме силы трения, будет действовать отрицательная сила горизонтального давления Fx, которая возникает в связи с наличием у человека миделева сечения.
Теоретически горизонтальное положение пловца в воде будет наилучшим, так как сопротивление будет наименьшим, а плавучесть обеспечивается действием гидростатической подъемной силы. Однако в связи с наличием миделева сечения и наклоном нижней поверхности тела положение пловца в воде определяется положительными (а в отдельных случаях и отрицательными) углами «атаки», которые колеблются в пределах от 0 до 12° и обеспечивают постоянное действие гидродинамической подъемной силы.
Сила тяги при гребке прямой рукой» border=»0″ align=»left» border=»0″ vspace=»5″ hspace=»17″>Плавание. Сила тяги при гребке прямой рукой Мы рассмотрели силы сопротивления, возникающие при движениях пластинки и пловца в результате действия внешней силы тяги. Однако пловец в воде передвигается за счет движений конечностей, работу которых обеспечивают мышечные силы. При движении конечностей в воде на их поверхностях появляются реактивные силы, действующие в противоположном направлении движению конечностей и продвигающие тело пловца вперед.
Рассмотрим, как возникает сила тяги при гребке прямой рукой (рис. 5). Наибольшее сопротивление при движении руки в воде испытывает кисть, так как она по отношению к плечевому суставу движется с наибольшей скоростью. Если учесть при этом, что сопротивление возрастает в квадрате к изменению скорости движения кисти, то станет ясно, почему кисть является основной гребущей поверхностью.
В середине гребка вся реактивная сила становится равной силе тяги Fтяги. В конце гребка реактивная сила R состоит из силы тяги и топящей силы (К).
Поскольку пловец постоянно испытывает действие подъемных сил, возникающих на основании закона Архимеда, а также в связи с действием встречного сопротивления (при положительном угле «атаки»), ему следует во время гребков обеспечить увеличение силы тяги (Ттяги) и уменьшить действие подъемной и топящей сил. Такая задача решается путем сгибания руки в локтевом и лучезапястном суставах. В этом случае кисть руки движется в воде поступательно на более длинном участке гребка, обеспечивая на этом отрезке пути действие лишь одной силы тяги.
Глава пятая
ФИЗИКА ПЛАВАНИЯ
В предыдущих главах вам не раз встречалось упоминание о способе отдыха в заплыве. И читатель не раз, наверное, сомневался: а можно ли так лежать каждому в воде, без движения, это только, дескать, доступно редким людям. Так вот, я обоснованно утверждаю: это может каждый. Давайте же теперь вместе и разберемся, в чем состоят секреты такой плавучести. Несмотря на то, что книга посвящена непотопляемости, как в первую очередь психологической проблеме, надо хорошо познакомиться с физическими предпосылками плавания, а также с различными приемами статического плавания, дающими человеку возможность уверенно чувствовать себя в воде.
Способность тела удерживаться па воде, не опускаясь в глубину, называется плавучестью. Ее создает подъемная сила, происхождение которой более двух тысяч лет назад объяснил Архимед: «Тело, погруженное в жидкость, теряет в весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость», или, иными словами, «на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости». Плавучесть человека зависит от степени развития костного скелета и мускулатуры, но главным образом — от умения глубоко дышать: ведь, совершая вдох, мы увеличиваем объем грудной клетки, а это при неизменном весе ведет к уменьшению средней плотности тела. Так, при обычном, неглубоком вдохе, который делает каждый из нас в покое, тело бывает чуть «тяжелее» пресной воды — с удельным весом около 1,01. Глубокий вдох способствует тому, что тело становится более «легким» — с удельным весом от 0,99 до 0,94, и тогда нетрудно удержаться на воде без движения — в плавучем состоянии,
Те, кому доводилось купаться в море, замечали, что соленая вода держит пловца лучше, чем пресная. Действительно при плотности морской воды 1,02—1,03 и весе пловца 70–80 килограммов (среднюю плотность человеческого тела примем за единицу) можно подсчитать, что запас плавучести за счет солености воды составит 1,5–2,5 килограмма.
Полистайте учебники плавания. Для начинающих там есть упражнения, которые не только помогают привыкнуть к воде, учат делать выдох в воду, но и демонстрируют способность тела к плавучести. Это «поплавок» (или «бочонок»), «медуза», «стрела», «солнце» — упражнения, доступные каждому человеку, кроме людей с хроническими заболеваниями легких, у которых вследствие болезненного процесса воздушность легочной ткани уменьшена и способность глубокого вдоха значительно снижена.
Итак, плавучесть прежде всего зависит от объема воздуха, который пловец способен набрать в легкие. Иными словами, глубина вдоха, увеличение объема грудной клетки являются главным механизмом, регулирующим плавучесть. Тут все взаимосвязано: от хорошо развитого дыхания увеличивается наша способность держаться на воде, плавание же, в свою очередь, как никакой другой вид спорта, развивает дыхательную систему — увеличивает жизненную емкость легких, вырабатывает правильный ритм дыхания. Таким образом, занимаясь плаванием регулярно, можно постепенно увеличить свою плавучесть.
Начинающие пловцы нередко отмечают боли в грудной клетке, жалуются, что с непривычки устают дышать в заплыве. Это характерно для нетренированных людей, которым даже небольшой проплыв, проходящий к тому же на фоне психической и физической напряженности (расслабляться такой пловец еще не научился), дается ценой максимальных усилий. Немудрено, что и дыхательные мышцы, не достигшие у новичков нужного развития, устают первыми. В систематических тренировках, которые укрепят мускулатуру, придет и умение расслабляться, позволяющее избавиться от болезненных ощущений.
Статическое плавание. Умение находиться в воде без движения в плавучем состоянии и при этом беспрепятственно дышать называется статическим плаванием. Этот навык черезвычайно важен в аспекте проблемы непотопляемости — именно статическое плавание дает человеку возможность отдыха в воде, особенно необходимого в минуты психогенной напряженности.
Какова физика статического плавания?
Любое свободно плавающее тело размещается в жидкости так, что его центр тяжести находится на одной вертикали с центром погруженного объема. Если этого нет, то тело пребывает в состоянии неустойчивого равновесия и стремится выйти из него.
Центр тяжести тела при горизонтальном положении — точка G. Условный центр приложения подъемной архимедовой силы — точка А. Тело перемещается в пространстве, пока центры не окажутся на одной вертикали.
Центр тяжести человеческого тела, лежащего в воде, находится на уровне первого-второго крестцовых позвонков, а центр объема — на несколько сантиметров ближе к голове. Поэтому в горизонтальной позе с руками, лежащими вдоль туловища, ноги стремятся опуститься, и это продолжается до тех пор, пока тело не займет почти вертикальное положение, и центр тяжести не окажется под центром объема. Это движение ног вниз увлекает пловца с головой под воду, однако погружение можно приостановить, слегка поработав ногами, как в стиле кроль или по типу велосипеда, а можно совершать легкие толчковые движения руками, что, правда, уже требует от человека каких-то усилий, исключая полный отдых и неподвижность.
Чтобы обеспечить устойчивое горизонтальное равновесие тела в воде, достаточно завести прямые руки за голову. При этом центр тяжести переместится чуть ближе к голове и совпадет по вертикали с центром объема. Если этого изменения позы недостаточно и ноги все-таки продолжают опускаться, можно высунуть из воды пальцы или кисти рук. Ноги сразу всплывут и появятся над водой. Кстати, не нужно стремиться высунуть их из воды, это допустимо лишь при достаточном запасе плавучести. Ноги и все тело могут занимать под водой и наклонное положение. Для отдыха важно оставаться в расслабленной и неподвижной позе.
Некоторые люди с повышенной плавучестью подкладывают под голову согнутые в локтях руки и, приподнимая их из воды, регулируют равновесие. Бывает достаточно раскинуть руки в стороны или широко развести ноги — центр тяжести чуть смещается в сторону головы, и ноги всплывают. Наконец, можно согнуть их в коленях и добиться того же эффекта равновесия. Однако в этом непривычном для нас положении со «свесившимися» ногами не удается оставаться с полным расслаблением мускулатуры: скоро появляются неприятные ощущения в мышцах бедер, что заставляет выпрямить ноги.
Достаточно выставить из воды пальцы или кисти рук, как ноги всплывут к поверхности и тело примет устойчивое положение на спине.
Как видите, есть много возможностей поддерживать состояние горизонтального равновесия в воде. Надо только хоть однажды «прочувствовать» это, и тогда легко научиться лежать долго в такой позе. И все же, повторяю, главным фактором, обусловливающим плавучесть, для большинства людей остается глубина вдоха, степень развертывания грудной клетки. Если сделать недостаточно полный вдох, запас плавучести может оказаться малым и будет трудно балансировать во взвешенном состоянии.
Разучивая позу отдыха на спине, можно сначала отработать исходное положение тела на суше: лечь на спину со слегка разведенными ногами и прямыми, вытянутыми за голову руками. Расслабление мускулатуры должно быть полное: любое напряжение мешает правильно овладеть этим приемом отдыха. В воде первые уроки статического плавания лучше проводить при тихой погоде, когда волна не заливает лицо и не пугает новичка.
Ошибки, допускаемые при разучивании позы отдыха, сводятся к следующему: чрезмерно выставляются из воды кисти рук, предплечья, локти, слишком обнажаются из воды живот или грудь; недостаточно запрокидывается голова из-за боязни, что вода зальет уши, лицо; неправильно дыхание (вдох должен быть коротким, но глубоким, выдох — задержанным, медленным); нет полного расслабления, мышцы напряжены. Вероятно, таких ошибок будет меньше, если пловец сначала научится делать выдох в воду и усвоит первые упражнения на плавучесть, в частности поворот в воде со спины на живот и обратно. Технически этот прием осуществляется так: сделав наплыв вперед с опущенной в воду головой и вытянутыми руками, надо постепенно поворачиваться па левый бок. При этом левая рука остается вытянутой (по не напряженной!), и на нее как бы ложится голова, а правая рука совершает круг перед туловищем и, не высовываясь из воды, проводится за голову, располагаясь рядом с левой. Подобный переход к отдыху на спине может быть совершен и через правый бок с соответствующей сменой рук.
Чтобы выполнить упражнение «поворот на спину» без излишнего погружения, надо ни на мгновение не высовывать руки из воды. Тогда не возникнет топящая сила и вода не зальет лицо, повернутое кверху.
При освоении горизонтальной позы отдыха сначала трудно следить за руками, поэтому локти, предплечья, кисти высовываются из воды больше, чем это позволяет индивидуальная плавучесть. Тут сразу обнаруживает себя топящая сила, и вода будет заливать нос. Это вызывает неприятные ощущения, заставляя каждый раз вставать на ноги, если мелко, или переворачиваться на живот.
Добрую услугу здесь может оказать зажим для носа. Одно время они продавались в комплекте с маской и дыхательной трубкой для подводного плавания. Сейчас изменилась конструкция, и сжимающие нос резиновые выступы вмонтированы в маску. Если не удастся достать зажим, то его может заменить самодельный, наподобие бельевой прищепки, который своими резиновыми лапками мягко придавливает крылья носа. На период разучивания позы отдыха можно применять затыкание ноздрей ватой с вазелином.
В период разучивания позы отдыха на спине такие зажимы позволяют избежать попадания в нос воды. Их можно изготовить и самостоятельно.
Отдыхать можно и в вертикальном положении, правда, эта поза применима в основном при спокойной поверхности воды в тихую погоду. Прочувствовать ее первый раз проще, если из положения на спине постепенно переходить в вертикальное, уложив руки вдоль туловища. При этом ноги начнут опускаться, набирая скорость. Как только они станут приближаться к отвесной линии, важно успеть сделать глубокий вдох и чуть оттолкнуться руками, чтобы погасить инерцию опускающихся ног. Голову нужно запрокинуть как можно дальше (но без напряжения!) к спине. Тогда лицо не скроется под воду, тело же займет вертикальное положение. Дыхание в этой позе должно быть таким, как при отдыхе на спине, а глубина вдоха и здесь играет главную роль.
Удерживаться в воде вертикально совсем без движения несколько труднее, чем в позе «отдых на спине»: быстро устают мышцы шеи и затылка, сказывается давление воды на грудную клетку. Кроме того, горизонтальное положение более удобно при значительном волнении — в лицо попадает меньше воды и легче дышать. Это особенно важно для восстановления нормального дыхания, если оно было сорвано в момент наибольшей нагрузки. Таким образом, осваивать вертикальную позу отдыха целесообразно, лишь овладев навыком отдыха на спине.
Гидростатическое давление возрастает по мере погружения. Сравните толщину слоя воды (h) при горизонтальном и вертикальном положении тела и прикиньте, как изменяется давление воды на живот и грудную клетку.
В последнее десятилетие пропагандируется метод длительного удерживания себя на воде, предложенный американским тренером Фредом Лану и являющийся разновидностью вертикальной позы отдыха. Предназначен он в первую очередь для людей, которые, оказавшись в воде, почему-либо не могут плыть и должны продержаться до прихода помощи. В его основе лежит использование той самой плавучести, которой обладает каждый человек со здоровыми легкими и с их жизненной емкостью не менее трех литров (это у взрослого, у детей же она соответственно возрасту меньше).
Особенность этого метода заключается в чередовании периода расслабления — основной и наиболее длительной фазы отдыха — с периодом незначительных движений, необходимых для того, чтобы поднять из воды лицо и сделать вдох (выдох осуществляется под водой). Весь цикл от одного вдоха до другого вначале занимает 9—14 секунд, по мере тренировки он может удлиниться за счет задержки дыхания и замедленного выдоха.
Состоит цикл из пяти основных фаз:
1) короткий вдох ртом с поднятым из воды лицом (1–2 секунды);
2) погружение с головой в воду, легкие движения рук гасят инерцию опускания (2 секунды);
3) полное расслабление в воде (4–6 секунд). В середине этой паузы начинается постепенный выдох — медленно выпускаются пузыри воздуха через рот или нос;
4) подготовка к поднятию головы: одна нога выводится вперед (ноги в положение открытых ножниц), а руки медленно подносятся к лицу. Выдох продолжается еще 1–2 секунды;
5) гребок руками от лица и сводящее движение ногами (ножницы закрываются); тело принимает почти вертикальное положение, голова поднята над водой для вдоха (1–2 секунды).
Затем все повторяется снова — фаза расслабления с задержкой дыхания, потом постепенный выдох. Он может быть растянутым и прерывистым (выдох порциями); растянутым, непрерывным; коротким, форсированным (быстрым).
Последний наименее предпочтителен, так как вынуждает долго держать грудную клетку развернутой на вдохе, а это утомляет дыхательные мышцы, и без того работающие в условиях повышенной нагрузки, вызванной давлением воды на тело.
Ошибки, которые обычно совершают в начале обучения, заключаются в следующем:
1) делается слишком глубокий вдох, и, так как сразу за этим не следует выдох, межреберные мышцы быстро устают, появляются боли в груди;
2) противоположная ошибка: делается мелкий вдох. Это сокращает фазу расслабления, заставляя чаще дышать, больше двигаться, что опять-таки не дает необходимого отдыха;
3) слишком затянута дыхательная пауза — время от конца выдоха до начала вдоха. От этого тоже скорее устают мышцы грудной клетки. Дыхательная пауза может быть исключена совсем или, в зависимости от тренированности, длиться 2–6 секунд;
4) затянут весь цикл от одного вдоха до другого: возникает чувство удушья, начинает «стучать в висках», появляется нервозность. Все это быстро утомляет пловца и не ведет к желаемым результатам.
Средний ритм, не требующий напряжения и хорошо переносимый, состоит из 5–8 циклов (вдохов) в минуту.
Способ длительного удержания себя на воде с минимальной тратой физических сил (метод Фреда Лану):
а) вдох, подготовка к погружению; б) начало погружения, притормаживание руками, расслабление; в) полное расслабление, начало медленного выдоха; г) расслабление, продолжение выдоха; д) под* ведение рук к лицу и разведение ног ножницами для толчка, позволяющего принять более вертикальное положение, конец выдоха; е) толчок руками и ногами, подъем головы, вдох.
Метод Фреда Лану действительно хорош и достоин того, чтобы быть освоенным каждым. Это можно сделать очень быстро, примерно за час. Особенно метод незаменим в том случае, когда в горизонтальной позе лежать не удается, например, если человек оказался в воде одетым.
Однако в целом для отдыха надо считать более удобной горизонтальную позу (если она возможна), особенно при порывистом ветре, срывающем гребни волн, когда приходится следить за обстановкой вокруг, чтобы успевать чередовать вдох и выдох с моментами захлестывания лица водой. С опущенным по методу Фреда Лану в воду лицом труднее ориентироваться. Но когда требуется долго продержаться в воде, рекомендуется чередовать оба способа. Поэтому, важно овладеть разными приемами отдыха, как и несколькими способами плавания, чтобы менять их, если наступает усталость или возникает чувство апатии от надоевших однообразных движений, чтобы лучше приспосабливаться к волнению на воде и, конечно, более уверенно чувствовать себя в любых условиях.
Важно помнить, что грудная клетка в любом из этих способов отдыха находится в состоянии некоторого повышенного вдоха, поэтому выдох должен быть по возможности полным. Лишь тогда обеспечивается достаточная вентиляция легких и газообмен соответствует запросам организма.
Динамическое плавание. Несмотря на то, что с физикой динамического плавания люди знакомы в большей степени, чем с приемами статического плавания, здесь есть моменты, на которые надо обратить внимание.
Известно, что, отбрасывая ногами воду, отталкиваясь от нее руками, мы создаем силу тяги на основании третьего закона Ньютона, по которому «всякому действию есть равное ему и противоположное по направлению противодействие».
Эта реактивная сила и помогает нам плыть, удерживая голову над водой. Но чем больше энергии уходит на поддержание выступающей из воды головы, тем меньше ее остается для продвижения вперед.
В этом и заключается одна из серьезнейших ошибок, которую совершает в критические минуты плохо плавающий человек: пугаясь и задыхаясь, он тратит свои последние силы на то, чтобы высовывать голову из воды как можно выше. Но это стремление находится в явном противоречии с законом Архимеда: чем большая часть тела выступает над водой, тем больше мышечной энергии требуется для удержания его у поверхности — ведь эта часть тела не уравновешена выталкивающей силой воды.
Встречались вам, конечно, такие пловцы, которые, плывя вразмашку, стремятся высунуться из воды чуть ли не до пояса, причем руки у них порхают, едва касаясь воды. Продвигаются они небыстро, но им это и надо, чтобы подольше покрасоваться на виду у других.
Понятно, что нагрузка здесь приходится в основном на ноги, с помощью которых пловец «выпрыгивает» из воды. Однако способ этот непрактичен: «форса» хватает ненадолго, поэтому копировать таких пловцов неразумно.
Абсолютное большинство «водоплавающих», не пройдя обучения, пользуется народными способами, которые отдаленно напоминают классические и относятся к разряду вольных: саженками, на боку, по-собачьи, по-лягушачьи, по-морскому. Иногда такие пловцы могут совершать сравнительно далекие заплывы, однако, не владея основами правильного дыхания и отдыха, быстрее устают, а главное, могут оказаться беспомощными в критической ситуации, если, например, на реке начнется волнение, особенно при встречном ветре, когда срывающаяся волна плещет в лицо, сбивает дыхание и заставляет пловца поднимать голову выше над водой. Это требует большего напряжения, выматывает физически и морально.
Когда в проплыве человек все время держит голову над водой, его тело вынужденно занимает наклонное (к поверхности воды) положение, иначе быстро устает шея от запрокинутой головы. А чем менее горизонтально держится пловец, тем заметнее возрастает лобовое сопротивление и снижается скорость движения, тем больше сил уходит впустую.
Это не имеет значения, если речь идет о плавании «в свое удовольствие». Но когда дистанцию надо проплыть быстро, да еще при ветреной погоде, или помогая уставшему товарищу, либо продвигаясь с грузом, то сделать это, не опуская голову в воду, бывает трудно или даже невозможно. Вот в таких обстоятельствах особенно важно владеть основами спортивного плавания, ибо только оно обеспечивает высокую скорость передвижения при строгой экономии сил.
Приглядитесь к спортсмену на дистанции. Каким бы способом он ни плыл, главное неизменно: голова опущена в воду, поднимает он ее лишь на мгновение для короткого вдоха, выдыхает всегда только в воду — и ни одного лишнего движения. Так и надо плавать!
Короче говоря, необходима начальная школа спортивного плавания, которую должен пройти каждый.