Удельный вес тела и плавучесть тела

Удельным весом называ­ется вес вещества в единице объема. Удельный вес может изме­ряться в кг/м³, кг/дм³ и г/см³ и обозначается греческой буквой g.

g =Д/У, где: Д - вес тела, V - объем тела.

По размерности плотность и удельный вес воды мало различаются и незначительно изменя­ются в зависимости от давления и температуры воды. Удельный вес дистиллированной воды равен 1020 кг/м³ или 1 кг/дм³, или 1 г/см³. Вода, насыщенная солями, имеет удельный вес больше, чем пресная. Так морская вода имеет удельный вес от 1,15 до 1,3 г/см³.

Согласно закону Архимеда, на тело, погруженное в воду, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной телом жидкости. Равнодействующая этих вы­талкивающих сил проходит через центр тяжести вытесненного объема и направлена вертикально вверх. Если вес тела больше вытесненной им воды, то тело имеет отрицательную плавучесть и погружается на дно. Если вес вытесненной телом воды больше веса тела, то тело плавает по поверхности воды, и в этом случае оно имеет положительную плавучесть. Если вес вытесненной телом воды равен весу тела, то тело может находиться в неподвижном положении на любой глубине. Такая плавучесть называется нейтральной или нулевой. Практически нулевой плавучести не бывает, как не бывает абсо­лютного равенства между весом тела и весом вытесненной им воды.

Удельный вес человеческого тела при полном вдохе в среднем равен 0,92 г/см³, при выдохе в связи с уменьшением объема тела - 1,2 г/см³. Наибольший удельный вес в теле человека имеет ко­стная ткань -1,7 -1,9 г/см³, меньше удельный вес мышечной тка­ни -1,04 -1,08 г/см³ и самый малый удельный вес имеет жировая ткань - 0,92 - 0,94 г/см³. Так как удельный вес морской воды боль­ше, чем пресной, человек в ней обладает большей плавучестью, и его тело лежит более высоко, чем в пресной воде. В связи с этим в морской воде можно плыть быстрее. По этой причине международная федерация плавания не фиксирует рекордных результа­тов, показанных в морской воде.

Плавучесть тела имеет большое значение при решении вопроса, какую формировать технику движений. Пловцы с хорошей плавучестью для удержания тела в высоком положении меньше тратят для этого усилий при гребке. У таких пловцов относительные траектории движений рук при гребках вытянуты в горизонтальной плоскости, у пловцов с меньшей плавучестью больше усилий тратиться на опору руками вниз. Замечено, что плавучесть у мужчин меньше, чем у женщин, у спринтеров меньше, чем у стайеров. Критерий плавучести можно использовать для определения как специализации в плавании, так и характера технических действий.

Равновесие тела в воде

Любое тело, погруженное в воду, находится в неподвиж­ном положении лишь в том случае, когда выталкивающая сила равна или больше веса тела, и центры выталкивающих сил и сил тяжести размещаются на одной вертикали (рис. 3.20). В челове­ческом теле, лежащем на поверхности воды, центр сил тяжести F и центр выталкивающих сил Р располагаются на разных вертикалях (рис. 3.21). Это связано с тем, что части человеческого тела имеют разные удельные веса. Ноги, которые состоят в основном из кост­ной и мышечной тканей, имеют больший удельный вес, чем верх­няя половина тела. Поэтому очень часто центр сил тяжести рас­полагается в поясничной части на уровне пятого поясничного по­звонка, а центр выталкивающих сил смещен на 2-3 позвонка в сторону головы. При таком расположении центров расстояние между ними называется плечом сил. Поскольку равнодействую­щие этих сил имеют разную направленность, возникает момент вращения, в результате которого ноги погружаются. Вращение те­ла прекратится, когда оба центра будут располагаться на одной вертикали.

У детей из-за большего веса головы по отношению к туловищу, расстояние между центрами отсутствует, и поэтому дети устойчи­во лежат на поверхности воды без дополнительных движений. У мужчин расстояние между центром сил тяжести и центром вытал­кивающих сил больше, чем у женщин.

С возрастом в связи с изменением соотношений мышеч­ной, костной и жировой тканей в сторону увеличения массы жира, наряду с уменьшением удельного веса всего тела, происходит сближение центров. Поэтому часто наблюдается способность лю­дей в зрелом и пожилом возрасте выполнять лежание без каких-либо усилий.

Местонахождение центра тяжести и центра выталкиваю­щих сил воды является одним из определяющих факторов при формировании стиля движений, т.е. индивидуальных особенно­стей техники в том или ином способе плавания. Так, например, если у пловца большое расстояние между центрами, это указыва­ет либо на сильно развитые мышцы ног, имеющих в результате этого большой удельный вес, либо на большой объем грудной клетки, при котором верхняя половина тела имеет малый удель­ный вес. В первом случае техника кроля на груди, кроля на спине и дельфина должна иметь сильную работу ног, с выраженной подъемной функцией. Во втором случае при формировании техни­ки не обязательно добиваться выраженной подъемной функ­ции, а следует обратить внимание на движущую и уравновеши­вающую функции.

Гидростатическое давление

Основной закон гидростатики, открытый Паскалем, фор­мулируется следующим образом: "Приложенное к поверхности жидкости внешнее давление передается жидкостью по всем на­правлениям одинаково". Если на поверхность воды не действует избыточное давление, т.е. давление на поверхности равно атмо­сферному давлению, то сила, с которой вода давит на помещен­ное в нее тело, равна весу столба воды, находящегося над ним.

Силы давления воды всегда направлены перпендикулярно к любой части погруженного тела и увеличиваются с глубиной его погружения. Поскольку удельный вес воды равен 1 г/см³, а вели­чина гидростатической силы равна весу жидкости, действующей на поверхность тела, нетрудно определить ее величину, зная глу­бину погружения тела. Например, если грудная клетка тела чело­века имеет размеры по высоте 50 см, а по окружности 100 см, то общая площадь ее будет равна 5000 см².

 Представим, что вы погрузились на глубину в 1 метр (или 100 см) по средней линии туловища. На такой глубине на каждый см² поверхности грудной клетки будет действовать гидростатическая сила, равная весу столба воды высотой 100 см. Если удельный вес пресной воды равен 1 г/см³, то общий вес столба воды, дейст­вующий на поверхность в 1 см², равен 100 г. Таким образом, гидростатическая сила на глубине 1 метр будет равна 100 г на 1 см². Для определения суммарного гидростатического давле­ния на грудную клетку на глубине 1 метр необходимо умножить вес столба, действующего на поверхность площадью 1 см², на ко­личество квадратных сантиметров поверхности грудной клетки:

100 г х 5000 см² = 500000 г, или 500 килограмм.

Такое дав­ление уже не позволяет на глубине 1 метр сделать вдох через трубку. При погружении на 2 метра давление воды удвоится и станет равным 1000 кг или одной тонне, при погружении на 10 метров - 5 тонн и так далее.

Такие величины гидростатического давления легко перено­сятся человеком, так как большинство частей тела состоит на 70-80% из воды, не сжимаемой под действием давления. Однако грудная клетка, наполненная сжимаемым воздухом, слуховой анализатор, в среднем ухе которого также находится воздух, не безразличны к таким величинам гидростатического давления. По­этому любому занимающемуся плаванием необходимо знать, что не всегда легочная ткань, барабанные перепонки способны вы­держивать деформации от гидростатического давления, особенно если этими органами были ранее перенесены заболевания.