Paweł Skiba CZYNNIKI BIOMECHANICZNE WPŁYWAJĄCE NA SZYBKOŚĆ PŁYWANIA W WYBRANYCH STYLACH PŁYWACKICH.

POJĘCIE PŁYWALNOŚCI CIAŁA Rozważając czynniki działające na ciało pływaka podczas pokonywania odcinków pływackich musimy koniecznie uwzględnić wpływ środowiska wodnego, które to środowisko będzie niejako warunkowało biomechaniczne podłoże pływania. Ciśnienie wody będzie wpływało na układ krwionośny, układ oddechowy, na pracę układu mięśniowo-szkieletowo-więzadłowego oraz funkcjonowanie układu trawiennego i nerwowego. To z kolei będzie rzutowało na pływalność organizmu – jednego z pierwszych, niejako wstępnych czynników biomechanicznych wpływających na szybkość pokonywania odcinków pływackich. POJĘCIE PŁYWALNOŚCI CIAŁA Na ciało człowieka zanurzonego w cieczy (wodzie) działają 2 podstawowe siły: siła ciężkości skierowana prostopadle do środka masy Ziemi oraz siła wyporu działająca przeciwnie do siły ciężkości (ku górze – prawo Archimedesa). 95% populacji ludzkiej korzysta tu z „dobrodziejstw” prawa Archimedesa – pływa – bowiem ciężar ciała jest mniejszy od ciężaru wody przez niego wypartej. Zjawisko to jest określane mianem pływalności – zdolności do utrzymania się ciała w równowadze statycznej na powierzchni wody.

Rys.nr1 Równowaga statyczna pływaka w wodzie. Równowaga statyczna zależy jednak nie tylko od powyższych czynników, ale również od gęstości, ciężaru właściwego i temperatury cieczy. W wodzie o dużej gęstości ciało tego samego człowieka może mieć pływalność „dodatnią” a w wodzie o małej gęstości „ujemną”. Różnice te są wyraźnie zauważalne podczas pływania w słonym morzu i słodkowodnym jeziorze. Pływalność zależy również od gęstości ciała człowieka, ta z kolei od stosunku ilościowego tkanek kostnej i mięśniowej oraz tłuszczowej. Ze względu na skład i anatomiczną budowę (górna część ze względu na płuca ma znacznie mniejszą gęstość) ciało człowieka zanurzone nieruchomo w wodzie dąży do przyjęcia pozycji pionowej (rys.1.). Rys.nr1 Równowaga statyczna pływaka w wodzie.

Ogromną rolę w pływaniu odegra również położenie środka masy i wyporu ciała pływaka. Pozwala ono na utrzymywanie równowagi podczas przemieszczania się tak w kraulu jak i w stylu grzbietowym. Zależności te przedstawia rysunek nr2. Rys.nr2 Środek masy ( I ) i wyporu pływaka ( II ) – przesunięcie (1-2) w pozycji B wobec pozycji A. Rys.nr2 Środek masy ( I ) i wyporu pływaka ( II ) – przesunięcie (1-2) w pozycji B wobec pozycji A.

ZALEŻNOŚĆ OPORU WODY OD KSZTAŁTU CIAŁA. W wyniku badań tak aero jak i hydrodynamicznych stwierdzono, że najbardziej opływową formą jest kształt wrzeciona. Minimalizuje on opór czołowy i zawirowania poza obrębem ciała, co przedstawia rys. nr3.

Wniosek nasuwa się jednoznaczny – by móc pływać szybciej PŁYWAK MUSI PRZYJMOWAĆ POZYCJĘ W WODZIE ZBLIŻONĄ DO KSZTAŁTU WRZECIONA. Najbardziej opływową pozycją będzie więc pozycja wślizgu do wody, przy skoku startowym czy nawrocie: ręce wyciągnięte i złączone w przód przed głową, głowa schowana między ramionami, nogi wyprostowane i złączone. Jednak ze względu na niewielki wpływ zagadnienia - w rozumieniu czynników biomechanicznych - na szybkość pływania problem ten nie będzie szczegółowiej omawiany w niniejszym opracowaniu.

Przebieg ruchów napędowych. KRAUL NA PIERSIACH. Przebieg ruchów napędowych. Przed przedstawieniem ruchów napędowych należy rozpoznać rozkład sił działających na ciało pływaka w ruchu. Pojęcia kąta natarcia czy oporu czołowego mają bowiem poważne znaczenie zwłaszcza podczas pływania kraulem. Ruch postępowy ciała człowieka w wodzie powstaje w wyniku aktywnych ruchów kończyn pływaka, współdziałania sił mięśniowych i sił hydrodynamicznych oraz działania siły ciężkości (Q) i siły wyporu (Fw). Związane jest to z wytwarzaniem tzw. siły napędowej – wypadkowej wszystkich sił wprawiających ciało pływaka w ruch.

Kąt ataku (natarcia) i kąt rotacji. Położenie ciała kraulisty w wodzie zaczyna nabierać kolosalnego znaczenia przy rozpatrywaniu znaczenia oporu czołowego. Oś długa ciała powinna być prawie równoległa lub tworzyć minimalny kąt z powierzchnią wody. Kąt ten nazywamy kątem ataku (lub natarcia – rys.nr4) – nie powinien on ulegać dużym wahaniom i zawierać się od O0 do 3o . Przy nieprawidłowej pracy nóg kąt ataku zwiększa się, co m.in. wpływa na zmniejszenie szybkości pływaka. Zmiany pozycji ciała podczas pływania kraulem następują także w wyniku ruchów napędowych ramion i skrętów głowy dla wykonania wdechu. Są to skręty tułowia wokół osi długiej ciała. O wielkości tej rotacji informuje nas kąt zawarty między linią przebiegającą przez barki a linią poziomą (powierzchnią wody). Kąt ten nazywamy kątem rotacji. Zbyt mały kąt rotacji spowoduje „unieruchomienie równoległe” klatki piersiowej do linii wody – to z kolei będzie skutkowało zwiększonym oporem, a w konsekwencji zmniejszeniem prędkości. Optymalny kąt rotacji powinien w skręcie tułowia osiągać wielkość 400 – 450.

KRAULOWE RUCHY RAMION W kraulu kończyny górne są głównym motorem napędowym. Wyróżniamy 3 fazy pracy ramion – chwyt wody, pociągnięcie i odepchnięcie. Zwłaszcza faza pociągnięcia jest istotnym czynnikiem zwiększającym szybkość pokonywania odcinków przez pływaka Dokładnie przedstawia to rys. nr 6 Rys. nr 6 Faza chwytu (a), pociągnięcia i odepchnięcia (b)

Rozpatrując ramię pływaka jako dźwignię jednoramienną o osi obrotu w stawie barkowym mamy do czynienia z fundamentalnym znaczeniem długości ramienia (l2) w wytwarzaniu siły napędowej. Zginając i prostując kończynę górną w stawie łokciowym pływak poszukuje optymalnego stosunku sił mięśniowych i sił reakcji oporu o wodę. W momencie działania sił wewnętrznych (na przykładzie mięśnia najszerszego grzbietu, który przywodzi ramię, a przy jego znieruchomieniu podciąga tułów) mamy do czynienia z powstawaniem siły mięśnia, którą możemy wyrazić w układzie dwóch sił F1 i F2 skierowanych naprzeciwko siebie. Jedna z tych sił zapewnia ruch ramienia w wodzie, w wyniku czego na dłoni powstaje siła reakcji oporu wody R , która zrównoważy część siły ciągu mięśnia. W tych warunkach druga część sił wewnętrznych skurczu mięśniowego powoduje przyśpieszenie ruchu tułowia, przybliżając go ku ramieniu opierającemu się o wodę. Rys. nr7. Rozkład sił działających podczas napędowego ruchu ramienia (faza pociągnięcia) Siła ciągu kończyn górnych zależy również od prędkości pływania (prawo Bernoulliego zakłada, że w miarę wzrastania prędkości przepływu cieczy – ciśnienie jakie ona wywiera spada, a co za tym idzie maleje opór cieczy wokół samego pływaka) i wynosi 190-210 N.

KRAULOWE RUCHY NÓG Naprzemianstronne ruchy nóg w pływaniu kraulem działają stabilizująco na równomierność poruszania się ciała pływaka. Niedoskonałość w tych ruchach powoduje zwykle zbytnie zanurzenie ciała, a to zdecydowanie wpływa na zwiększenie oporu wody. Ograniczenia w ruchomości kończyny dolnej, a w szczególności stopy, stwarzają warunki do powstawania znacznej siły napędowej jedynie podczas ruchu nogi w dół. Duża częstość ruchów wpływa na równomierność przemieszczania się ciała pływaka, a ich nieduża amplituda i poziome ułożenie stwarzają korzystne warunki hydrodynamiczne. O efektywności kraulowych ruchów nóg w znacznym stopniu decyduje ruchomość w stawach skokowych. Duża ruchomość stopy umożliwia uzyskanie korzystnego stosunku siły nośnej do oporu – co ujawnia się bardziej skierowanym w przód działaniu siły napędowej (część A rys.nr8). Rys. nr8. Rola ruchomości stawów skokowych podczas pływania kraulem. Wartość siły ciągu kończyn dolnych wynosi u mężczyzn 140N, natomiast u kobiet 98N.

STYL GRZBIETOWY Przebieg ruchów napędowych. Kończyny górne. Styl grzbietowy (kraul na grzbiecie) różni się od kraula na piersiach głównie ułożeniem ciała w wodzie. Ruchy kończyn górnych są wykonywane naprzemianstronnie, co oznacza, że gdy jedna kończyna wykonuje ruchy wiosłujące druga znajduje się w fazie przygotowawczej. Oś długa ciała tworzy z powierzchnią wody nieco większy kąt ataku (80-100). Przyczyną tego zjawiska jest opuszczenie bioder, które stwarza jednak korzystniejsze warunki dla skuteczniejszej pracy nóg. Przy prawidłowym ułożeniu ciała i efektywnej pracy kończyn górnych siła nośna będzie unosić ciało pływaka ku górze – zwłaszcza kiedy towarzyszyć temu będzie odpowiednia prędkość pływania. Kolejnym ważnym elementem zwiększającym szybkość pokonywania odcinków w stylu grzbietowym jest kąt rotacji, który jest tu zbliżony swoją wielkością do kąta rotacji w kraulu na piersiach i powinien wynosić około 400. Rys. nr 9. Kąt rotacji w stylu grzbietowym .

Rys. nr 9 przedstawił tzw. fazę podwodną ruchów kończyn górnych Rys. nr 9 przedstawił tzw. fazę podwodną ruchów kończyn górnych. Faza nadwodna polega na szybkim (ale nie gwałtownym) wynurzeniu ramienia i przeniesieniu go za linię barków (Rys.nr10). Rys. nr10. Faza wynurzenia ramienia z wody – przygotowanie do fazy chwytu. Spośród kilku znanych sposobów wynurzania-przenoszenia ramienia nad wodą najefektywniejszy okazał się sposób, który charakteryzuje się przenoszeniem ramienia wyprostowanego nad wodą oraz zanurzeniem i chwytem wody nieco w bok od linii barków i dłonią skierowaną na zewnątrz (mały palec w dół „wchodzi” pierwszy do wody) .

RUCHY NÓG W STYLU GRZBIETOWYM Technika ruchów nóg w stylu grzbietowym wykazuje dość znaczne różnice w porównaniu z pracą nóg w kraulu zarówno w zakresie ugięcia nogi w stawie kolanowym jak i kierunku ruchu wykonywanego naprzemianstronnie z największą intensywnością i efektywnością. W pływaniu na grzbiecie silnie akcentowany jest ruch nogi z dołu do góry, gdyż głównie dzięki temu powstaje siła napędowa Rys. nr11. Wytwarzanie siły napędowej w stylu grzbietowym. To znaczne ugięcie nogi w stawie kolanowym sprzyja powstawaniu dużej siły napędowej. Na początku kopnięcia nogi składowa pozioma siły nacisku na wodę jest 5,5 razy większa od składowej pionowej. Wraz z wyprostem nogi znaczenie składowej poziomej maleje, a wzrasta składowej pionowej. Oznacza to nic innego, jak to że przy wysokiej ruchomości w stawach stopy (nie tylko skokowych!) składowa pozioma siły napędowej może być prawie niezmienna w całym ruchu napędowym stopy – ta zależność nie funkcjonuje w kraulowych ruchach nóg! Rys. nr12. Składowa pionowa i pozioma siły napędowej przy różnych katach ataku stopy.

BIOMECHANICZNE CZYNNIKI ZWIĘKSZAJĄCE SZYBKOŚĆ POKONYWANIA ODCINKÓW PODCZAS PŁYWANIA KRAULEM I STYLEM GRZBIETOWYM : - położenie środka ciężkości - zdolność minimalizowania oporu czołowego poprzez odpowiednie ułożenie ciała w wodzie - kąt ataku i kąt rotacji – ich wielkość - długość ramienia i jego praca - zakres ruchomości w stawie skokowym – praca nóg. BIBLIOGRAFIA : 1.Bartkowiak E., Pływanie Sportowe, Warszawa 1999. 2.Red. Czabański B., Fiłon M., Zatoń K., Elementy teorii pływania, AWF Wrocław 2003. 3.Red. Wadee B. , Pływanie sportowe i ratunkowe. Teoria i metodyka, AWF Gdańsk 2005. 4. www.swim.ee