В статье авторы исследуют дискуссионный вопрос о зависимости скорости плавания от силы рук и ног у детей методом эксперимента и математического анализа, опираясь на физику плавания
Ключевые слова: скорость плавания, фронтальное сопротивление, мышечная сила ног
Вводная часть и актуальность
После получения третьего юношеского разряда по плаванию я задумалась о том, как плавать быстрее. В известных пособиях — энциклопедиях [1]; авторских изданий спортсменов и тренеров [2,3,4], в книгах об отборе юных пловцов по физическим данным [5,6,7] говорят о важности для скорости пловца силы гребка, меньше внимания уделяется работе ног. Значит ли это, что сила рук в плавании важнее силы ног? По этому вопросу есть три точки зрения. Они представлены известными пловцами и учеными (Таблица 1).
Таблица 1
Распространенные мнения о значимости силы рук и ног в плавании
|
Сторонник |
Характеристика |
Цитаты |
|
|
«За» сильные ноги |
Гарри Холл Старший |
10-кратный мировой рекордсмен, трёхкратный олимпийский чемпион |
«Я бы сказал, у большинства довольно хороших пловцов работа ног влияет на общую скорость плавания больше, чем гребок» [9] |
|
«За» сильные руки |
Шейла Таормина |
Золотая медаль в эстафете 4×200 м. на Олимпийских играх 1996, автор книг по плаванию |
«От чего зависят результаты пловца? В первую очередь от техники плавания, в которой, важнее правильный гребок» [5, с. 2] |
|
Роль рук и ног зависит от индивидуальных особенностей пловца и требует дальнейшего изучения |
Вероник Десчодт-Арсак и другие ученые |
Профессор колледжа гуманитарных наук Университета Бордо. Занимается исследованиями участия рук и ног в плавании вольным стилем у взрослых спортсменов |
«Вклад рук может превышать 85 % от силы тяги, развиваемой спортсменом». «Вклад ног — 10 %». «Удары ногами могут дать основную прибавку в скорости, обеспечивая устойчивость тела и предоставляя возможность рукам двигаться с большей амплитудой» [8, p. 199] |
Источник: указаны в сносках в последнем столбце
Можно сказать, что вопрос участия ног в развитии скорости плавания пока не решен. Он продолжает исследоваться, но на примере взрослых пловцов со сложившимися параметрами тела, утвердившейся техникой плавания, натренированных на определенный стиль плавания и дистанцию.
Актуально изучение участия ног и рук в развитии скорости плавания у детей 9–11 лет. Пока это малоизученная область. В этом возрасте зависимость скорости плавания от пропорций тела не выражена [5], нет специализации, а прирост скорости в плавании определяется именно кинематикой рук и ног.
Кроме того, с 11 лет начинает активно расти мышечная масса. К этому времени надо увеличивать силовые тренировки, имея ответ на вопрос, что лучше тренировать для роста скорости плавания: руки или ноги?
Часто указывается на еще один фактор, влияющий на скорость плавания. Это — рост пловца. «Каждые 10 см длины тела снижают встречное сопротивление воды на 5 %» [5, c. 28]. Но в плавании добиваются рекордов люди с большой разницей в росте: до 12 см. у мужчин и до15 см. у женщин[1]. Возникает вопрос:как рост детей определяет скорость плавания?
Цель моего исследования — определить, что больше влияет на скорость плавания в детском возрасте: сила рук, ног или другие факторы.
Задачи исследования:
1) Рассмотреть физику плавания;
2) Провести эксперимент с группой детей 9–11 лет в бассейне;
3) Рассчитать скоростные составляющие плавания;
4) Подготовить рекомендации для повышения скорости плавания.
Используемые методы:
- Изучение действия физических сил на пловца в зоне рук и ног.
- Постановка гипотезы.
- Проведение эксперимента для проверки гипотезы.
- Математический анализ зависимости скорости плавания на разных дистанциях от скорости плавания на руках и на ногах.
- Графический анализ зависимости скорости плавания от роста.
- Обобщение результатов. Разработка рекомендаций.
I . Физика плавания
На пловца в воде воздействуют 7 сил. Во-первых, это сила тяжести и архимедова сила. Центры этих сил не совпадают. Центр силы тяжести ближе к ногам, поэтому ноги тянут вниз. Образуется угол к поверхности воды (угол атаки). Чем ближе угол атаки к 0 o , тем больше скорость плавания (Рис. 1).
Третья сила очень важная — это сила тяги. Она двигает пловца вперед при помощи рук и ног за счет отталкивания от воды.
Четвертая сила — фронтальное сопротивление воды, которое создается в зоне плеч, рук, грудной клетки. Преодолевая фронтальное сопротивление силой тяги, человек плывет.
Пятая сила — это сила трения кожи и купального костюма. С 2000 г. спортсмены начали использовать специальные костюмы, снижающие силу трения. Но с 2010 года это запрещено.
Шестая сила — хвостовое втягивание . Это объем воды, который пловец «тянет» за собой. «Провисание» туловища в воде повышает этот объем.
Рис. 1. Силы, действующие на пловца в воде
Источник: составлено авторами.
Седьмая сила — это подъемная сила Бернулли. Она очень интересная. Она образуется под выпуклой поверхностью при движении в жидкости или в воздухе. И тем больше, чем больше скорость движения (Рис. 1).
Для самолета — это основная сила. Ведь крылья у него выпуклые в сечении. Для пловца — дополнительная: и скорость не как у самолета, и тело не движется постоянно на одном уровне в воде. Но изучение подъемной силы привело к отказу от гребка прямой рукой назад. Лучшей техникой стал S-образный гребок, имитирующий вращение пропеллера. Лопасти пропеллера выпуклые с одной стороны. При прокручивании в воде сила Бернулли толкает их вперед. У пловца роль лопастей играют кисти и предплечья (рис. 2).
Рис. 2. Сила Бернулли в плавании и в самолетостроении
(1)
R — фронтальное сопротивление
C — коэффициент обтекаемости (опытным путем)
S — площадь поперечного сечения
𝜌 — плотность воды
V — скорость пловца
Вывод: сила тяги пловца равна силе фронтального сопротивления плюс небольшая сумма других сил. Физика плавания не дает прямого ответа на вопрос, что лучше тренировать: руки или ноги? Надо и то, и другое.
II . Постановка гипотезы
По результатам изучения сил, действующих на пловца, возникает следующий вопрос. Даже небольшое увеличение скорости сильно увеличивает фронтальное сопротивление для рук. Добавим к гребку ноги — и нагрузка на руки будет усилена. Что лучше:
— добавить скорость ногами и отнять часть скорости у рук, затратив ее на поддержку скорости, идущей от ног,
— или сильнее работать руками, оставив ноги для поддержки равновесия?
Я выдвигаю гипотезу «за сильные ноги». Проверим ее в эксперименте.
III . Подготовка и проведение эксперимента. Предварительный анализ результатов
Для эксперимента выбрали 5 мальчиков и 5 девочек 9–11 лет, занимающихся плаванием уже 3 года. Учли их рост, длину стопы (Таблица 2).
Таблица 2
Участники эксперимента
|
№ Участника |
Пол |
Рост, см. |
Возраст лет, мес. |
Занимается плаванием, лет |
Число занятий в неделю, дн. |
|
№ 1 |
Девочка |
143 |
9,1 |
3 |
4 |
|
№ 2 |
Мальчик |
150 |
10,2 |
3 |
4 |
|
№ 3 |
Мальчик |
136 |
10,3 |
3 |
3 |
|
№ 4 |
Девочка |
147 |
10,7 |
3 |
3 |
|
№ 5 |
Девочка |
137,5 |
10,6 |
3 |
3 |
|
№ 6 |
Мальчик |
147 |
10,6 |
3 |
3 |
|
№ 7 |
Мальчик |
154 |
10,9 |
3 |
4 |
|
№ 8 |
Мальчик |
158,5 |
10,4 |
3 |
5 |
|
№ 9 |
Девочка |
146 |
10,8 |
3 |
3 |
|
№ 10 |
Девочка |
138 |
10,5 |
3 |
3 |
Источник: составлено авторами
Всего произвели 5 замеров: скорость плавания на ногах и на руках на 25 м, скорость плавания кролем на груди (в координации) на 25 м, 50 м, 800 м в разные даты для чистоты эксперимента. Результаты эксперимента представлены в Таблице 3.
Таблица 3
Сводные результаты эксперимента (Д — девочка, М — мальчик)
|
№ участ-ника |
Пол |
Время плавания, сек. |
мин. |
Скорость плавания (расчетно), м / сек. |
||||||||
|
На ногах (место) |
На руках (место) |
Кроль на груди (место) |
На ногах |
На руках |
Кроль на груди |
|||||||
|
25 м |
25 м |
25 м |
50 м |
800 м |
25 м |
25 м |
25 м |
50 м |
800 м |
|||
|
№ 1 |
Д |
22,91 (1) |
25,70 (2) |
21,00 (2) |
45,90 (1) |
17,58 (1) |
1,09 |
0,97 |
1,19 |
1,09 |
0,76 |
|
|
№ 2 |
М |
28,70 (4) |
22,10 (1) |
20,10 (1) |
46,08 (2) |
18,35 (2) |
0,87 |
1,13 |
1,24 |
1,09 |
0,73 |
|
|
№ 3 |
М |
30,58 (9) |
31,00 (9) |
23,90 (5) |
50,04 (3) |
н.д. |
0,82 |
0,81 |
1,05 |
1,00 |
н.д. |
|
|
№ 4 |
Д |
32,00 (10) |
30,00 (8) |
28,10 (10) |
51,90 (4) |
19,08 (9) |
0,78 |
0,83 |
0,89 |
0,96 |
0,70 |
|
|
№ 5 |
Д |
27,80 (3) |
28,50 (6) |
24,48 (8) |
53,00 (5) |
18,48 (4) |
0,90 |
0,88 |
1,02 |
0,94 |
0,72 |
|
|
№ 6 |
М |
29,95 (6) |
26,57 (4) |
24,00 (7) |
55,50 (6) |
19,00 (8) |
0,83 |
0,94 |
1,04 |
0,90 |
0,70 |
|
|
№ 7 |
М |
27,22 (2) |
25,71 (3) |
23,82 (4) |
55,59 (7) |
18,42 (3) |
0,92 |
0,97 |
1,05 |
0,90 |
0,72 |
|
|
№ 8 |
М |
30,00 (7) |
28,31 (5) |
26,10 (9) |
58,05 (8) |
18,67 (6) |
0,83 |
0,88 |
0,96 |
0,86 |
0,71 |
|
|
№ 9 |
Д |
29,80 (5) |
29,00 (7) |
22,14 (3) |
61,00 (9) |
18,50 (5) |
0,84 |
0,86 |
1,13 |
0,82 |
0,72 |
|
|
№ 10 |
Д |
31,50 (8) |
32,00 (10) |
23,98 (6) |
62,36 (10) |
18,83 (7) |
0,79 |
0,78 |
1,04 |
0,80 |
0,71 |
|
Источник: составлено авторами
У участников 3 и 4 при 8–10 месте по скорости на руках и ногах возникает 3–4 место в плавании в координации рук и ног. У участника 9 при 5 и 7 месте в плавании отдельно на руках и ногах фиксируется больший разрыв этих показателей со скоростью плавания в координации (3 место на 25 м., 9 место на 50 м., 5 место на 800 м.). Похожая ситуация у участника № 10.
Такая ситуация противоречит законам физики плавания (при правильной технике): большая скорость на ногах и на руках должна обеспечивать большую скорость плавания в координации рук и ног. Я думаю, что объяснением выявленным отклонениям может служить случайности, плохая физическая форма в день эксперимента, плохой психологический настрой. Данные по участникам № 3, 4, 9, 10 мы не будем учитывать.
Важно заметить, что не встречается ситуация, когда на всех трех дистанциях хорошая скорость на руках и на ногах сочетается с ухудшением общей скорости при плавании в координации (Таблица 3). Это еще раз подтверждает хорошее владение техниками плавания у детей, которые занимаются в школе плавания 3 и более года (Таблица 2).
У частники 1 и 2 — лидеры по скорости . Участница № 1 наращивает скорость преимущественно за счет ног (1 место). У Участника № 2 сильные руки (1 место), скорость на ногах ниже (4 место). В результате мальчик (№ 2) опережает девочку (№ 1) на 25 метрах. Но на 50 м. девочка догоняет мальчика. А на 800 м. существенно опережает его. Похожая ситуация у участников 5 и 6. У девочки (№ 5) скорость на ногах больше (3 место против 5 мальчика). У мальчика (№ 6) больше скорость на руках (4 место против 6). Но, проигрывая мальчику на 25 м, девочка опережает его на 50 м (3 место против 4) и на 800 м (4 место против 6) (Таблица 3).
Делаем предварительный вывод: ноги важны на более длинных дистанциях. Докажем это.
IV . Расчет скоростных составляющих участников эксперимента
Скорость плавания на руках и на ногах по-разному коррелирует со скоростями в координации на разных дистанциях. Для оценки используется коэффициент корреляции (зависимость между рядами значений), который рассчитывается в таблице эксель. Как видно, корреляция скорости плавания со скоростью на ногах растет с увеличением дистанции. На 800 м зависимость очень высокая, почти единица (Рис. 3).
Рис. 3. Корреляция скорости плавания на ногах со скоростью плавания кролем на груди в координации на 25, 50, 800 м
Источник: рассчитано авторами
Для рук — наоборот. Корреляция скорости плавания со скоростью на руках снижается с увеличением дистанции. На 800 м зависимость самая низкая — пол-единицы (Рисунок 4).
Рис. 4. Корреляция скорости плавания на руках со скоростью плавания кролем на груди в координации на 25, 50, 800 м.
Источник: рассчитано авторами
У Участников 1 и 7 — равные скорости плавания на руках (Таблица 3). Разница в скорости кроля на груди у них определяется разной силой ног. Легко посчитать какой прирост скорости обеспечивают ноги по формуле (2).
где
Получаем три коэффициента:
-
Коэффициент роста скорости за счет ног (800 м) =
-
Коэффициент роста скорости за счет ног (50 м) =
-
Коэффициент роста скорости за счет ног (25 м) =
У Участников 6 и 8 — равные скорости плавания на ногах (Таблица 3) . Разница в скорости кроля на груди у них определяется разной силой рук. Можно посчитать какой прирост скорости обеспечивают руки по формуле (3).
где
Получаем еще три коэффициента:
-
Коэффициент роста скорости за счет рук (800 м) =
-
Коэффициент роста скорости за счет рук (50 м) =
-
Коэффициент роста скорости за счет рук (25 м) =
(!) Важно отметить, что эти коэффициенты не универсальные и актуальны только для участников соответствующего возраста и подготовки.
Сравним полученные коэффициенты. Руки дают большую прибавку в скорости только на 25 м. (коэффициенты 1 и 4). На 50 м для скорости важнее ноги (коэффициенты 2 и 5). На 800 м прирост скорости обеспечивается только работой ног (коэффициенты 3 и 6).
Насколько сильно влияют на результаты пловцов рост и длина стопы? В данном возрасте почти не влияют. Достаточно посмотреть на графики — прямая зависимость (больше рост — больше скорость) отсутствует (Рис. 5).
Рис. 5. Зависимость скорости плавания от роста у участников эксперимента
Источник: составлено авторами.
V . Обобщение результатов. Разработка рекомендаций
Общий вывод: к 9–11 годам после 3 лет обучения в школе плавания дети хорошо овладевают техниками плавания. Для дальнейшего роста скорости на первое место выходят силовые тренировки, в которых не меньшее, если не большее внимание надо уделять тренировкам ног. Пловец не должен тащить себя на руках, а должен поддерживать руками скорость, идущую от ног. Сильные ноги — дают заметную прибавку к скорости в заплывах 50 м и более. Именно на них подтверждаются разряды по плаванию.
По результатам исследования мы разработали комплекс упражнений для развития силы ног с современными спортивными снарядами. Мы учли, что на тренировках на все времени не хватает. И включили также упражнения вне бассейна (Таблица 4). Тренируйте ноги, и Вы сможете плыть быстрее!
Таблица 4
Комплекс упражнений для быстрого плавания
|
В бассейне |
||
|
1 |
Тренировка с треугольной доской для плавания и с вертикальной трубкой со сменой темпа |
2–3 бассейна перед каждой тренировкой |
|
2 |
Продвижение в вертикальном поплавке |
1–2 минуты в середине тренировки |
|
3 |
Плавание с ластами и в специальной сетке для усиления сопротивления воды |
2–3 бассейна в середине тренировки |
|
4 |
Плавание шестиударным кролем |
1 раз неделю по 30 мин. |
|
5 |
Плавание с эластичной лентой , надетой на ноги чуть ниже коленей |
2–3 бассейна 1 раз в одну — две недели |
|
Вне бассейна |
||
|
1 |
Из положения сидя — выпрямление ног, согнутых в коленях на 45 градусов под скамьей в горизонтальное положение с весами на голенях |
30–40 повторений, 3 подхода с небольшими паузами до максимального утомления (2 раза в неделю) |
|
2 |
Из положения лежа — подъем выпрямленных ног вверх |
|
|
3 |
Полуприсед со штангой |
|
Источник: составлено авторами.
Литература:
- Викулов, Плавание. Учеб. пособие для студентов вузов, осуществляющих образоват. деятельность по специальности 022300 «Физ. культура и спорт» (Учебное пособие для вузов). Москва: ВЛАДОС-Пресс, 2003 (ГУП Чехов. полигр. комб.).
- Плавание / [пер. с англ. Кононова Е.]. — М.: Эксмо, 2014. — 416 с.
- Лафлин Т. Как рыба в воде. Эффективные техники плавания, доступные каждому. перевод с английского (Серия «Спорт-драйв»). — М.: Манн, Иванов и Фербер, 2012. 232 с.
- Таормина Ш. Как рыба в воде. Секреты быстрого плавания для пловцов и триатлетов (Серия «Спорт-драйв»). М.: Манн, Иванов и Фербер, 2013. — 158 c.
- Булгакова, Н. Ж. Отбор и подготовка юных пловцов / Н. Ж. Булгакова. — М.: Физкультура и спорт, 1986. — 191 с.
- Тимакова, Т. С. Подготовка юных пловцов в аспектах онтогенеза: методическое пособие / Т. С. Тимакова. — М.: Симилия, 2006. — 132 с.
- Давыдов В. Ю., Авдиенко В. Б. Отбор и ориентация пловцов по показателям телосложения в системе многолетней подготовки (Теоретические и практические аспекты) Монография — Волгоград: ВГАФК, 2012. — 344 с.
- Deschodt, V., Arsac, L. & Rouard, A. Relative contribution of arms and legs in humans to propulsion in 25-m sprint front-crawl swimming. Eur J Appl Physiol 80, 192–199 (1999). https://doi.org/10.1007/s004210050581/
- Hall G. What is your Baseline Freestyle Speed? URL.: https://theraceclub.com/aqua_note/freestyle-speed
[1] Например, среди чемпионов – многократных рекордсменов у мужчин: Александр Попов, рост – 197 см., Марк Эндрю Спитц – 185 см.; у женщин: Пенелопа Олесяк, рост 186 см., Юлия Ефимова – 178 см.
