Schwimmen Biomechanik
Schwimmen Biomechanik
Schwimmen Biomechanik
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Cartes-fiches
Wie schwimme ich möglichst schnell?
- Antrieb vergrößern --> Widerstand nutzen
- antriebshemmenden Wasserwiderstand veringern, Bremswirkung reduzieren
Physikalische Gesetzmäßigkeiten: Die Dichte des Wassers, Eigenschaften
- Dichte = Masse / Volumen (Anzahl der Teile eines Stoffes pro Volumenanteil)
- Spezifische Dichte des Wasser = 1g/cm3
- Wasser hat im Verhältnis zur Luft ca. die 1000fache Dichte
- ein1 m3 Luft hat die gleiche Dichte wie 1dm3 Wasser
Aus den Eigenschaften der Dichte resultiert:
- Druck (wirkt auf eingetauschte Körperteile)
- Widerstand (bremst, ermöglicht aber auch Auftrieb)
- statischer und dynamischer Auftrieb (ermöglicht Schwimmfähigkeit)
Physikalische Gesetzmäßigkeiten: Hydrostatischer Auftrieb, Eigenschaften
- Die Auftriebskraft des Wassers wirkt der Schwerkraft entgegen (es entsteht "Schwebezustand")
- Der Auftrieb ist abhängig von der ins Wasser eingetauchen Körpermasse
Archimedes zum hydrostatischen Auftrieb
"Die Auftriebskraft eines eingetauchten Körpers ist genau so groß wie die Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit"
Faustregel zum hydrostatischem Auftrieb
- ist das Körprgewicht geringer als das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit, schwimmt der Körper
- ist das Körpergewicht gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit, schwebt der Körper
- ist das Körpergewicht schwerer als das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit, sinkt der Köper
Bestimmung des hydrostatischen Auftriebs
- wird bestimmt durch die Wasserdichte im Verhältnis zur Dichte des sich im Wasser befindlichen Körpers
DIe Dichte des menschlichen Körpers
- schwankt zwischen 0,94 -0,99 g/cm³ und 1,01 - 1,06 g/cm³
- in Abhängigkeit zur/zum
- Atemzustand
- Vitalkapazität
- Gewebeverteilung (Fett- bzw. Muskelgewebe, abh. von Geschlecht, Alter, Konstitution)
Körperschwerunkt und Volumenmittelpunkt
(ausgehend von waagerechter Streckung im Wasser)
- KSP: auf Gesäßhöhe
- VMP: auf Höhe des Bauchnabels (d.h. in Richtung Lunge verschoben, es wirkt statischer Auftrieb)
Der hydrodynamische Auftrieb, der Wasserskieffekt
- wirkt bei bewegten Körperen deren Längsachse gegen die Bewegungsrichtung geneigt ist
- an der Körperunterseite baut sich ein Überdruck auf (Wasser wird gebremst), der Körper weicht in Richtung Druckgefälle nach oben aus
- durch den Wasserwiderstand erhält der Körper dynamsichen Auftrieb
- wirkt rchtwinklig zur Bewegungsichtung und ist abhängig von
- der Angriffsfläche (Querschnittsfläche)
- der um umströmten Körperform
- dem Anstellwinkel
- der Geschwindigket (Mit zunehmender Geschwindigkeit schwiebt sich der Körper aus dem Wasser hinaus --> Gleitbootlage)
Prinzip des Bernoulli zum hydrodynamischen Auftrieb
In Flüssigkeiten mit höherer Strömungsgeschwindigkeit herrscht ein geringerer Druck und umgekehrt in Flüssigkeiten mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit ein höherer Druck
Bernoulli: der hydrodynaische Lift
- wirkrt aerodynamisch und hydrodnamisch
- Ströumungsgeschwindigkeit unter Körper immer geringer als über Körper --> Unterdruck --> Auftrieb
Prinzip des Bernoulli:
"Bei der Handhaltung haben Hand und Unterarm einen Querschnitt, der mit einer Flgelform vergleichbar ist. Beim S-förmigen Zug wird ein Teil des Zugs rechtwinklig zur Bewegungsrichtung ausgeführt, somit kann der hydrodynamische Auftrieb in Bewegungsrichtung wirken und Vortrieb unterstützen."
Wasserwiderstand
- Die Kraft, mit der das Wasser die relative Bewegung des Körpers behindert
- gleichzeitig Voraussetzung, dass der Schwimmer Vortrieb erzeugen kann
--> Antriebshemmende & antriebsbewirkende Funktion
Anteile des Gesamtwasserwiderstandes
- Frontalwiderstand
- Wirbelwiderstand
- Reibungswiderstand
- (Wellenwiderstand)
- Frontal- und Wirbelwiderstand auch als Formwiderstand zusammengefasst
Wirbelwiderstand
- Entsteht durch Druckgefälle im Wasser zwischen Vorder- und Rückseite des Körpers, so dass ein Sog entsteht
- d.h. Wirbelbewegungen in Zonen verringerten Drucks auf derDruckabgewandten Körperseite
Reibungswiderstand
- Adhäsion von Wassermolekülen am Körper
- Minimierung durch Badebekleidung
Einflussfaktoren des Gesamtwiderstands
Abhängig von
- Geschwindigkeit
- Form! d.h. Stirnfläche und Nachlauf
Gesetz von der Quadratur des Widerstandes
Verdoppelt sich die Gescheschwindigkeit, wächst der Widerstand im Quadrat und die aufzubringende Leistung in der dritten Potenz.
Konzequenzen für die Fortbewegung im Wasser: Minimierung des antriebshemmenden Widerstandes
- möglichst flache Wasserlage in allen Schwimmtechniken
- kein seitliches Pendeln, keine Schlingerbewegungen bei Kraul und Rückenkraul
- Beine im Strömungsschatten bei Brust
- möglichst konstante Geschwindigkeit
- "ruhiges" Rückführen der Arme beim Brustschwimmen
Konsewuenzen für die Fortbewegung im Wasser:Optimierung des vortrieberzeugendem Widerstandes
- Stirnflächen der Antriebsflächen vergrößern
- Geschwindigkeit bei Antriebsbewegungen steigern
Widerstandsnutzung --> Kurviges Zugmuster, denn
- bei gestrecktem Armzug geringe Vortriebskomponente und ungünstige Hebelwirkung
- beim gebeugtem Arm gradlinig unter der Körperlägsachse: großer Schlupf durch bewegtes Wasser, Vortriebsverlust (Vgl. Schwimmen gegen die Strömung)
- Bei gebeugtem Armzug mit kurvigem Zug-/Druckmuster: Vortriebssteigerung durch Abdruck von ruhendem Wasser und durch hydrodynamische Liftkraft
Antriebskonzepte im Schwimmen
- Druckpaddelprinzip: Actio-Reactio
- Antriebswirkung durch Abdruck entgegen der Schwimmrichtung
- Problem: Bereits in Bewegung versetzte Wassermassen bieten kein Widerlager mehr
- Das hydrodynamische Liftprinzip: Bernoulli- Prinzip (Schiffsschraube)
- Antriebswirkung aufgrund unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten an den Antriebsorganen
- Das Vortex-Prinzip: Geordnete Wassermassen (Strudel)
- Antriebswkung aufgrund rotierender Wassermassen im Nachlauf der Füße und Hände, Vortexformen bilden sich hauptsächlich in "Körperkanten"
--> Keines der Konzepte ist allgemein gültig!!!
