Αρχές Υδροδυναμικής. <<Υδροδυναμική των ποδιών. ποδήλατο και του πετάγματος

Transcript

1 Αρχές Υδροδυναμικής <<Υδροδυναμική των ποδιών ποδήλατο και του πετάγματος 2007

2 Αρχές Υδροδυναμικής Ο άνθρωπος γενικά κινείται στο χώρο όταν επενεργήσουν οι δυνάμεις του πάνω σ ένα στήριγμα. Στην ξηρά απωθείται από το ακίνητο έδαφος. Το νερό προσφέρει μικρότερη αντίσταση στις προσπάθειες των κολυμβητών για προώθηση από το έδαφος.

3 Αρχές Υδροδυναμικής Η προώθηση μέσω του νερού στην κολύμβηση εμφανίζεται από τις δυνάμεις ανύψωσης και από τις δυνάμεις αντίστασης.

4 Αρχές Υδροδυναμικής Οι δυνάμεις αντίστασης είναι πάντα αντίθετες προς την κατεύθυνση της εφαρμογής δύναμης, έτσι εάν το χέρι ωθεί το νερό προς τα πίσω οι δυνάμεις αντίστασης ενεργούν για να ωθήσουν το σώμα μπροστά (Kreighbaum & Barthels 1996).

5 Αρχές Υδροδυναμικής Στην στήριξη: οι δυνάμεις αντίστασης εμφανίζονται καθώς ο αθλητής ωθεί κάτω το νερό, το νερό σπρώχνει αντίθετα προς τα πάνω τον αθλητή, βοηθώντας τον στην στήριξη.

6 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης Η βαρύτητα είναι μια σταθερή δύναμη η οποία έλκει προς τα κάτω τη μάζα όλων των σωμάτων προς το κέντρο της γης.

7 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης Η έλξη της βαρύτητας θα αναγκάσει ένα αντικείμενο ή ένα άνθρωπο να βυθιστεί στο νερό επειδή το νερό είναι ένα ρευστό που μπορεί με την πίεση να έχει ροή.

8 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης Ένα άτομο κρατιέται στο νερό ψηλά, μερικώς, από τη δύναμη άνωσης, η οποία είναι το βάρος του εκτοπισμένου ύδατος.

9 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης άτομο που επιπλέει, η δύναμη βαρύτητας = τη δύναμη της άνωσης

10 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης Για να αυξήσουν το ύψος επάνω από τα επιπλέοντα επίπεδα οι κολυμβητές πρέπει να δημιουργήσουν μια δύναμη ανύψωσης για να αντισταθμίσουν τη δύναμη άνωσης που μειώνεται με το ύψος (Berg 2004).

11 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης Η δύναμη της άνωσης εξαρτάται όμως από την πυκνότητα του σώματος (ρ). Ως πυκνότητα του σώματος εννοούμε το κλάσμα από τη μάζα και τον όγκο του (ρ=m/v). Η πυκνότητα στους ανθρώπους είναι πολύ διαφορετική. Κυμαίνεται μεταξύ ισχυρής αναπνοής και ισχυρής εκπνοής (Jurgen 1976).

12 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης Το ειδικό βάρος του κολυμβητή επηρεάζουν: Η αναπνοή, το υποδερμικό στρώμα του λίπους και οι διάφοροι κοίλοι χώροι του ανθρώπινου σώματος.

13 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης Ο αθλητής που εκτελεί πόδια «ποδήλατο» δεν είναι απαραίτητο να παραγάγει το ίδιο ποσό ανοδικής δύναμης για να στηρίξει όπως απαιτείται το σώμα στο έδαφος, αλλά μόνο το ποσό δύναμης για να συμπληρώσει τη δύναμη άνωσης που παρέχεται ήδη από το νερό.

14 Δυνάμεις βαρύτητας και άνωσης Αυτή η ανοδική δύναμη πρέπει να αντιδράσει στην προς τα κάτω δύναμη του σωματικού βάρους του αθλητή που έλκει τον αθλητή κάτω, προς το κατώτατο σημείο της πισίνας.

15 ΕΠΙΔΕΞΙΟΤΗΤΕΣ ΑΝΥΨΩΣΗΣ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΝΕΡΟ Πόδια ποδήλατο Κράτημα Πόδια ποδήλατο Πέταγμα

16 Πόδια ποδήλατο Κράτημα Η θέση επίπλευσης είναι η θέση κατά την οποία ο παίκτης της υδατοσφαίρισης βρίσκεται στο νερό ψηλά μέχρι το ύψος των ώμων και στηρίζεται σ αυτή τη θέση με μικρές κυκλικές και συμμετρικές κινήσεις των χεριών και περιστροφικές κινήσεις των κάτω ποδιών (πόδια ποδήλατο) οι οποίες παράγουν προς τα πάνω δυνάμεις.

17 Πόδια ποδήλατο Κράτημα Κατά τη διάρκεια των ποδιών «ποδήλατου» όταν ωθούν προς τα κάτω τα πόδια στο νερό, το νερό ωθεί προς τα πάνω, στο πόδι, και βοηθά να κρατήσει τον αθλητή στο νερό.

18 Πόδια ποδήλατο Κράτημα Όσο πιο πολύ τα ισχία στρέφουν προς τα μέσα στο τέλος της επαναφοράς, τόσο μεγαλύτερη επιφάνεια προβάλλει το πόδι προς τα κάτω και αυτό αυξάνει τις δυνάμεις στο κτύπημα του ποδιού.

19 Πόδια ποδήλατο Κράτημα Η αποτελεσματικότητα των προωθητικών και στηρικτικών δυνάμεων εξαρτάται από το πόσο μεγάλη είναι η ποσότητα του νερού που χρησιμεύει για στήριγμα στον κολυμβητή. Για να πετύχει κάποιος μια υψηλή στήριξη, πρέπει να προσπαθεί να απωθεί όσο το δυνατό μεγαλύτερη μάζα νερού σε μικρό χρόνο.

20 Πόδια ποδήλατο Κράτημα Καθώς ένα ρευστό κινείται γύρω από ένα σώμα (το κάτω άκρο) και το ρευστό επιταχύνεται προς τα κάτω, τότε η δύναμη είναι άμεσα ανάλογη προς την επιτάχυνση του ρευστού.

21 Πόδια ποδήλατο Κράτημα Η δύναμη που επιταχύνει το ρευστό προς τα κάτω πρέπει να συνοδευθεί από μια ίση και αντίθετη δύναμη (Τρίτος νόμος του Νεύτωνα) ωθώντας την αεροτομή προς τα πάνω (Sprigings & Koehler 1990).

22 Πόδια ποδήλατο Κράτημα Είναι πιθανό ότι η στήριξη στα πόδια «ποδήλατο» να γίνεται από έναν συνδυασμό και των δύο μαζί στοιχείων, της ανύψωσης και της αντίστασης.

23 Της άνωσης θεωρίες προώθησης και στήριξης

24 ΑΝΩΣΗ Το θεώρημα του Bernoulli Εφαρμογή της θεωρίας στην κολυμβητική στήριξη

25 Περιγραφή της άνωσης με την αεροδυναμική λειτουργία Θεωρία της αεροδυναμικής άνωσης Εφαρμογή της θεωρίας της Αεροδυναμικής Άνωσης στην κολυμβητική προώθηση και στήριξη

26 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΑΛΜΑΤΟΣ ΜΕΣΑ ΚΑΙ ΕΞΩ ΑΠΟ ΤΟ ΝΕΡΟ Είναι διαφορετικού τύπου άλματα ΑΛΜΑ ΕΞΩ ΑΠΟ ΤΟ ΝΕΡΟ Το νερό φέρνει λιγότερη αντίσταση στην προώθηση των κολυμβητών από ότι το έδαφος. Στην ξηρά η επιφάνεια του ποδιού είναι η μόνη επιφάνεια στην οποία η δυναμική των κινήσεων μεταφέρεται και ισορροπείται από τη δύναμη του εδάφους.

27 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα ΑΛΜΑ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΝΕΡΟ Στο νερό ένας αριθμός από προϋποθέσεις πρέπει να συμβαίνουν με σκοπό να έχουν μια σταθερή επιφάνεια η οποία δεν παραμένει απαραίτητα η ίδια καθώς αυτή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Στο νερό η δυναμική ισορροπία δημιουργείται από την αντίσταση του υγρού. Το σώμα όταν ισορροπεί επηρεάζεται από δύο ειδών δυνάμεις: Την βαρύτητα η οποία ενεργεί στο κέντρο της μάζας και την άνωση. Το σώμα σ αυτή την κατάσταση αδρανεί.

28 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Για την αλλαγή της κινηματικής του επιπλέοντος σώματος η εφαρμογή δυνάμεων είναι απαραίτητη. Ο στόχος του άλματος στο νερό είναι να κινηθεί το σώμα κάθετα έξω από το νερό με σκοπό να φθάσουν όσο το δυνατό ψηλότερα. Το ύψος εξαρτάται από τις δυνάμεις: που ενεργούν προς τα πάνω να ελευθερώσουν το σώμα και από το βάρος του παίκτη που δρα προς τα κάτω.

29 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Η δύναμη που δημιουργείται εξαρτάται από τη διαφορετική πίεση του ρευστού ενεργώντας στα άκρα. Αυτό οδηγεί σε μία δύναμη με δύο συστατικά: Η Δύναμη αντίστασης στην κατεύθυνση στην ροή του νερού και η δύναμη ανύψωσης κάθετη στην δύναμη αντίστασης

30 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΠΙΕΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ `Εξαρτώνται: από τους συντελεστές της ανύψωσης και αντίστασης των άκρων, την πυκνότητα του υγρού, την περιοχή επιφάνειας των άκρων και της ταχύτητας της κίνησης των άκρων.

31 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Οι συντελεστές της ανύψωσης και της αντίστασης εξαρτώνται: από το σχήμα των άκρων και τον προσανατολισμό σε σχέση με τη ροή του νερού. Αυτά τα χαρακτηριστικά εξαρτώνται από αρκετές μεταβλητές οι οποίες είναι δύσκολο να προσδιοριστούν καθώς αυτές διαφέρουν κατά τη διάρκεια της διαδρομής της κίνησης.

32 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Συνδυασμός Δυνάμεων Είναι γνωστό ότι η δύναμη η παραγόμενη, εξαρτάται από τις διαφορετικές πιέσεις της ενέργειας του ρευστού στα άκρα. Αυτό οδηγεί στην τελική δύναμη με δύο συνιστώσες, a drag force (FD) στην κατεύθυνση της ροής του νερού και lift force (FL) κατακόρυφα στην δύναμη αντίστασης.

33 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Οι διαφορές πίεσης εξαρτώνται από τους συντελεστές της ανύψωσης (CL) και αντίστασης (CD) των άκρων, την πυκνότητα του ρευστού (ρ), την εξωτερική επιφάνεια των άκρων (Α) και την ταχύτητα της κίνησης των άκρων (s). Οι συντελεστές της ανύψωσης και της αντίστασης εξαρτώνται από το σχήμα των άκρων και τον προσανατολισμό σε σχέση με τη ροή του νερού Αυτές οι μεταβλητές ενσωματώνονται σε δύο τύπους: FD= (CDρΑs2)/2 και FL=(CLρΑs2)/2

34 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Επιπρόσθετα, στο νερό οι διαρθρικοί μύες δεν μπορούν να εκτελέσουν την λειτουργία της μεταφοράς της δύναμης από το ισχίο στην άρθρωση του σφυρού όπως εκδηλώνεται για το κατακόρυφο άλμα έξω από το νερό al.). (Jacobs et

35 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Για όλους τους παραπάνω λόγους οι γνωστοί νόμοι της κίνησης δεν εφαρμόζονται πάντοτε μέσα στο νερό. Ανάλογα λόγω της πολυπλοκότητας της κίνησης στο νερό η εκτέλεση του άλματος μέσα στο νερό μπορεί να εξηγηθεί περισσότερο ως τεχνική δεξιότητα παρά από μία αμιγή εκρηκτική δύναμη.

36 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Ο Sanders, στην προσπάθεια να ερευνήσει τις κινηματικές μεταβλητές οι οποίες παίρνουν μέρος στην πραγματοποίηση του ύψους του άλματος μέσα στο νερό, μέτρησε 16 υδατοσφαιριστές χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη βίντεο ανάλυση τεχνική.

37 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Το μέγιστο ύψος της κορυφής της κεφαλής με αναφορά το επίπεδο του νερού, χρησιμοποιήθηκε ως μέτρηση της επίδοσης. Το μέγιστο ύψος κυμάνθηκε από 50 εκ. σε 90 εκ. με μέσο όρο 71±13 εκ..

38 Πόδια ποδήλατο Πέταγμα Το τετράγωνο της ταχύτητας των ποδιών, το εύρος της έκτασης της άρθρωσης του γονάτου και η γωνία σώματος με αναφορά την επιφάνεια του νερού. Υπολογίσθηκε ότι εξηγούν το 74% της διαφοράς του ύψους που πραγματοποιήθηκε.