水泳の物理法則

定義

物理法則により、個々の水泳スタイルをさらに改善および最適化する試みが行われています。これらには、静的浮力、流体力学的浮力、および水中でのさまざまな移動方法が含まれます。生体力学的原理と物理学を利用しています。

静的浮力

ほとんど誰もが浮力の助けなしに水面に浮かぶことができます。この見かけの体重減少は、静的な浮力によるものです。

たとえば、体が水に浸かると、一定量の水が移動します。この体には浮力（静的浮力）が働きます。

• 静的浮力は、水塊の観点から体が変位する重量に対応します
• 静的な浮力は重量の力と反対です。 （上向き）

たとえば、水中では、かなり弱い人が簡単に身をかがめる水泳選手を抱えることができます。体の一部を水中から持ち上げると、静的な浮力が低下し、持ち上げが困難になります。

深く吸入すると肺の容積が増えるため、全身の容積と静的浮力が増加します。

たとえば、フローティングスイマーは息を吐き、底に沈みます。

比重（体の密度）は、水中での体の浮力を決定づけます。体の密度が高いほど、体は水に沈みます。重い骨と多くの筋肉を持つアスリートは密度が高く、かなり沈むため、泳ぐときに不利になります。男性と比較して、女性は皮下脂肪組織が多いため、静的浮力が大きく、水中での位置が優れています。

静的浮力と水の位置

水中での位置は、長くて速い水泳にとって非常に重要です。 2つの物理的な攻撃ポイントは、正しい水の状況にとって重要です。一方で、体の重心（KSP）とボリュームの中心（VMP）。人間のKSPは、おへその高さにほぼ位置しており、下向きのウェイトフォースの適用ポイントです。 VMPは、静的浮力の適用ポイントであり、胸部がかさばるため、胸部の高さにほぼ達しています。水中では、KSPとVMPが互いに入れ替わります。例：立方体（発泡スチロールの半分、鉄の半分）は水の表面にありませんが、金属の半分は沈み、立方体は発泡スチロールの面を上にして垂直です。

直方体と同様に、この原理は人体で機能します。 KSPとVMPは互いに近づき、その結果、脚は沈み、体は水中でますます垂直になります。

重要！水に深くぶら下がっている脚は推進力を発生させず、水抵抗、すなわち水面への脚を増加させません。

足が下がらないようにするために、泳いでいるときは胸部呼吸の代わりに横隔膜/腹部呼吸を使用することをお勧めします。これにより、VMPがKSPにできるだけ近づき、もう一方の手で頭を水に保ち、腕を前方に伸ばします。これにより、KSPヘッドがVMPにシフトします。

水中で滑る物体の法則

水の中を動く体は、水泳を理解するために説明しなければならないさまざまな複雑な効果を生み出します。

水中で発生する力は、ブレーキングとドライビングに分けられます。

人体が水中で打ち消す総抵抗は、3つの形式で構成されます。

摩擦抵抗は、個々の水粒子がスイマーの皮膚の特定の距離に沿って引き寄せられるという事実から生じます（境界層流）。このいわゆる静止摩擦は、スイマーからの距離が増加するにつれて減少します。この摩擦抵抗は表面構造に依存しているため、近年、水泳で低摩擦水着を使用する人が増えています。

水泳の最も重要な抵抗はフォーム抵抗です。ここでは、水粒子が移動/水泳の方向に逆らって移動し、スイマーにブレーキ効果があります。形状抵抗は、体型と後流の乱気流に依存します。体の形と流れをご覧ください。

水泳時の最後の抵抗は、いわゆる波の抵抗です。簡単に言うと、これは水泳と滑走によって重力に逆らって水を持ち上げる必要があることを意味します。波が発生します。この抵抗は水深に依存します。水深はますます多くのスイマーが利用しており、より深い水中で滑り段階を行っています。

流体力学的リフト

流体力学的揚力は航空機の翼からはっきりと見ることができます。航空機の翼の性質は、翼の周囲を流れる空気が翼の側面の長さの異なる距離をカバーするように設計されています。空気粒子は翼の後ろで再び集まるので、翼の周りの流れは異なる速度でなければなりません。つまり、上部が速く、下部が遅くなります。これにより、翼の下に動圧が発生し、翼の上に吸引圧が発生します。だからエピソードは飛行機を離陸します。

水中で泳いでいる人にも同じことが起こりますが、完璧ではありません。

このリフトは、次の例で示されています。水に横になると、足は比較的速く沈みます。ただし、パートナーから水を常に引かれている場合、流体力学的浮力により脚が水面に留まります。

水泳の行動方向は次のように分けられます。

抵抗：泳ぐ方向に対して

流体力学的リフト：泳ぐ方向に垂直

ドライブ：水泳方向

体型と流れ

以前に想定したように、体の前頭面積ではなく、前頭面積と体長の比率が水中での抵抗に最も重要な役割を果たします。

これは、次の例で説明できます。

同じ面の皿と円柱を水で引くと、体の前の耐水性は同じですが、後流の乱れはかなり異なります。

したがって、後頭部の乱気流は体をより強く減速させるため、額抵抗という用語は完全には正しくありません。

最新の調査結果によると、ペンギンの紡錘形の構造は、後流の乱流が最も少ないです。これらの体型を持つ魚は、最速のスイマーの1つです。

逆流の例：

水の中を歩く人は、結果としての吸引効果のために、彼の後ろの水面にうずくまってパートナーを引っ張ります。

水中での推進力

水中での推進力は通過することができます 形状変化 体の（魚のひれの動き）または 推進力を生み出す構造 （プロペラ）。どちらの方法でも、水は動き始め、浮体に作用します。相互反応はアバットメントと呼ばれます。

水中での移動に関する3つの原則について、以下で詳しく説明します。

1.圧力パドルの原理：
例えば。 アヒルの足：ここでは、アヒルの足が移動方向に垂直に（後方に）移動します。背中には負圧（死水）があり、浮体を遅くします。多くのエネルギーが必要であり、推進力は低いです。

2.反射原理：

例えば。 たこ：イカは体内の水分を集め、狭い水路から排出します。これは体にドライブを作成します

3.起伏の原理：

例えば。 イルカ：すべての体の後ろで、回転する水の塊が後流で発生します。しかし、ほとんどの場合、これらの回転する水塊は無秩序であり、ブレーキ効果があります。イルカの場合、水塊は生体波によって順序付けられるため、推進力として役立ちます。これらの秩序立った水の塊は渦と呼ばれます。しかし、水泳では体を動かして水塊を整然と回転させることは非常に困難です。しかし、パフォーマンスの範囲では、それは非常に高い水泳速度を可能にします。

ドライブの概念

従来のドライブの概念：

従来のドライブコンセプトでは、ドライブに使用されるボディパーツは直線で移動方向とは反対の方向に移動します（actio = reactio）。大きな水塊は速度を上げながら移動しますが、推進力はほとんどありません（パドルスチーマー）。

クラシックドライブのコンセプト：

流体力学的浮力による推進力（船のプロペラと比較して）。

ただし、プロペラは常に同じ側から水を受け取り、水泳時に手のひらは受け取らないため、このドライブの概念は議論の余地があります。さらに、このドライブは特定の走行距離の後にのみ機能しますが、水泳時の腕の引きはわずか0.6〜0.8 mです。

渦ドライブの概念：（現在使用されているモデル）

足と手をきっかけに回転する水の塊は、近年、アバットメントの製作者としてますます重要になっています。

水の塊がよどみから吸引領域に移動すると、渦が発生します。カーペットを丸めるよりも、狭いスペースにたくさんの水を入れようとする試みです。渦は足の後ろにローラーの形として現れ、手の後ろにブレードの形として現れます。

さらに詳しい情報

ここでは水泳についての詳細情報を見つけることができます：

• 泳ぐ
• イルカ水泳
• フリースタイル水泳
• 背泳ぎ
• 平泳ぎ

スポーツ医学の分野で公開されているすべてのトピックは、以下で見つけることができます：スポーツ医学A-Z