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Lois physiques en natation

définition

Avec les lois de la physique, des tentatives sont faites pour améliorer et optimiser davantage les styles de nage individuels. Il s'agit notamment de la flottabilité statique, de la flottabilité hydrodynamique et des différentes façons de se déplacer dans l'eau. Il utilise des principes biomécaniques et de la physique.

flottabilité statique

Presque tout le monde parvient à flotter à la surface de l'eau sans aide à la flottabilité. Cette perte de poids apparente est due à la flottabilité statique.

Par exemple, si un corps plonge dans l'eau, il déplace une certaine quantité d'eau. Une force de flottabilité (flottabilité statique) agit sur ce corps.

La flottabilité statique correspond au poids que le corps déplace en termes de masse d'eau
La flottabilité statique est opposée à la force de poids. (vers le haut)

Par exemple, dans l'eau, il est possible d'avoir un nageur accroupi facilement soulevé par une personne nettement plus faible. Si vous soulevez une partie du corps hors de l'eau, la flottabilité statique diminue et le levage devient plus difficile.

L'inhalation profonde augmente le volume pulmonaire et donc le volume corporel entier et la flottabilité statique est augmentée.

Par exemple, un nageur flottant expire et coule vers le bas.

Le poids spécifique (densité du corps) est déterminant pour la flottabilité du corps dans l'eau. Plus la densité du corps est élevée, plus le corps s'enfonce dans l'eau. Les athlètes aux os lourds et aux muscles nombreux ont une densité plus élevée et s'enfoncent beaucoup plus, et présentent donc des inconvénients lorsqu'ils nagent. Par rapport aux hommes, les femmes ont plus de tissu adipeux sous-cutané et ont donc une plus grande flottabilité statique et une meilleure position dans l'eau.

flottabilité statique et position dans l'eau

L'emplacement dans l'eau est crucial pour une baignade longue et rapide. 2 points d'attaque physiques sont importants pour la bonne situation de l'eau. D'une part, le centre de gravité du corps (KSP) et le centre de volume (VMP). Le KSP humain est situé approximativement à la hauteur du nombril et est le point d'application de la force de poids vers le bas. Le VMP est le point d'application de la flottabilité statique et en raison de la poitrine volumineuse, il est approximativement à hauteur de poitrine. Dans l'eau, le KSP et le VMP se décalent l'un sur l'autre. Par exemple, un cuboïde (moitié polystyrène, moitié fer) ne repose pas sur la surface de l'eau, mais le demi-métal coule et le cuboïde est vertical, le côté polystyrène vers le haut.

Semblable au cuboïde, ce principe fonctionne avec le corps humain. KSP et VMP s'approchent et par conséquent les jambes s'enfoncent et le corps est de plus en plus vertical dans l'eau.

Important! Les jambes suspendues trop profondément dans l'eau ne génèrent aucune propulsion et augmentent la résistance à l'eau, c'est-à-dire les jambes à la surface.

Afin d'éviter de baisser les jambes, il est conseillé de travailler avec le diaphragme / respiration abdominale au lieu de la respiration thoracique lors de la nage, afin que le VMP soit maintenu le plus près possible du KSP, et d'autre part pour garder la tête dans l'eau et étirer les bras loin en avant. Il en résulte un déplacement de la tête KSP vers le VMP.

Lois pour les corps glissant dans l'eau

Un corps en mouvement dans l'eau crée divers effets compliqués qu'il faut expliquer pour comprendre la natation.

Les forces apparaissant dans l'eau sont divisées en freinage et en conduite.

La résistance totale que le corps humain contrecarre dans l'eau se compose de trois formes:

La résistance au frottement provient du fait que des particules d'eau individuelles sont attirées sur une certaine distance sur la peau du nageur (Écoulement de la couche limite). Ce soi-disant frottement statique diminue avec l'augmentation de la distance du nageur. Cette résistance au frottement dépend de la structure de la surface, c'est pourquoi ces dernières années, les gens ont de plus en plus utilisé des maillots de bain à faible friction en natation.

La résistance la plus importante pour la natation est la résistance à la forme. Ici, les particules d'eau sont déplacées dans le sens contraire du mouvement / nage et ont un effet de freinage sur le nageur. La résistance de forme dépend de la forme du corps et de la turbulence de l'eau dans le sillage. Voir les formes du corps et le flux.

La dernière résistance lors de la nage est ce que l'on appelle la résistance aux vagues. En termes simples, cela signifie qu'en nageant et en glissant, l'eau doit être soulevée contre la gravité. Des vagues surgissent. Cette résistance dépend de la profondeur de l'eau, dont de plus en plus de nageurs profitent et effectuent les phases de glisse dans des eaux beaucoup plus profondes.

Ascenseur hydrodynamique

La portance hydrodynamique est clairement visible depuis l'aile d'un avion. La nature de l'aile d'un aéronef est conçue de telle sorte que l'air qui l'entoure couvre des distances de différentes longueurs sur les côtés de l'aile. Puisque les particules d'air se rejoignent derrière l'aile, le flux autour de l'aile doit être à des vitesses différentes. A savoir: plus rapide en haut et plus lent en bas. Cela crée une pression dynamique sous l'aile et une pression d'aspiration au-dessus de l'aile. Alors l'épisode décolle de l'avion.

La même chose arrive au nageur dans l'eau, mais pas si parfaitement.

Cet ascenseur est illustré par l'exemple suivant. Si vous vous allongez à plat dans l'eau, vos jambes s'enfoncent relativement rapidement.Cependant, si vous êtes constamment tiré dans l'eau par un partenaire, la flottabilité hydrodynamique fait que vos jambes restent à la surface de l'eau.

La direction de l'action en natation est divisée comme suit:

la résistance: Contre le sens de la nage

Ascenseur hydrodynamique: Perpendiculaire à la direction de nage

Conduire: en direction de la nage

Formes corporelles et fluidité

Pas la zone frontale d'un corps, comme supposé précédemment, mais le rapport de la zone frontale à la longueur du corps joue le rôle le plus important dans la résistance dans l'eau.

Cela peut être illustré par l'exemple suivant.

Si vous tirez une plaque et un cylindre avec la même face à travers l'eau, la résistance à l'eau devant le corps est la même, mais la turbulence dans le sillage est considérablement différente.

Le terme résistance frontale n'est donc pas tout à fait correct, car la turbulence dans le sillage ralentit plus fortement le corps.

Selon les dernières découvertes, les structures en forme de fuseau des pingouins ont le moins de turbulence dans le sillage. Les poissons avec ces formes corporelles sont parmi les nageurs les plus rapides.

Un exemple de reflux:

Une personne marchant dans l'eau tire un partenaire accroupi à la surface de l'eau derrière lui en raison de l'effet d'aspiration qui en résulte.

Propulsion dans l'eau

La propulsion dans l'eau peut passer Changement de forme du corps (mouvement des nageoires chez le poisson) ou par Constructions génératrices de propulsion (Hélice). Dans les deux méthodes, l'eau est mise en mouvement et agit ainsi sur le corps flottant. La réaction réciproque s'appelle un pilier.

Les trois principes de la locomotion dans l'eau sont expliqués plus en détail ci-dessous.

1. Principe de la palette de pression:
Par exemple. Pieds de canard: Ici, les pattes des canards sont déplacées perpendiculairement à la direction du mouvement (vers l'arrière). Sur le dos, il y a une pression négative (eau morte), qui ralentit le corps flottant. Il faut beaucoup d'énergie et la propulsion est faible.

2. Principe réfléchissant:

Par exemple. Poulpe: Le calmar recueille de l'eau dans son corps et l'expulse par un canal étroit. Cela crée une pulsion sur le corps

3. Principe d'ondulation:

Par exemple. dauphin: Derrière chaque corps, des masses d'eau en rotation se produisent dans le sillage. Dans la plupart des cas, cependant, ces masses d'eau en rotation sont désordonnées et ont un effet de freinage. Chez les dauphins, les masses d'eau sont ordonnées par une onde corporelle et peuvent donc être utiles pour la propulsion. Ces masses d'eau ordonnées sont appelées vortex. En natation, cependant, il est très difficile de régler les masses d'eau dans une rotation ordonnée en déplaçant le corps. Dans la plage de performance, cependant, il permet des vitesses de nage très élevées.

Concepts de conduite

Concept d'entraînement conventionnel:

Avec le concept d'entraînement conventionnel, les parties du corps utilisées pour l'entraînement sont déplacées en ligne droite et dans la direction opposée à la direction de nage (actio = reactio). De grandes masses d'eau sont déplacées à une vitesse croissante mais avec peu de propulsion (bateaux à vapeur à aubes).

Concept d'entraînement classique:

Propulsion au moyen de la flottabilité hydrodynamique (par rapport à l'hélice d'un navire).

Cependant, ce concept d'entraînement est controversé car l'hélice reçoit toujours de l'eau du même côté et les paumes ne le font pas en nageant. De plus, cet entraînement ne fonctionne qu'après une certaine longueur de course, mais la traction du bras en nageant n'est que de 0,6 à 0,8 m.

Concept d'entraînement Vortex: (modèle actuellement utilisé)

Les masses d'eau en rotation dans le sillage des pieds et des mains sont devenues de plus en plus importantes en tant que fabricant de piliers ces dernières années.

Un vortex est créé lorsque des masses d'eau passent de la zone de stagnation à la zone d'aspiration. Une tentative est faite pour accueillir beaucoup d'eau dans un petit espace, par rapport à enrouler un tapis. Le vortex apparaît derrière les pieds sous la forme d'un rouleau et derrière les mains sous la forme d'une tresse.