Biomechanik des Schwimmens Medium „Wasser“ Biomechanik des Schwimmens 1 1

Gliederung Kräfte und Wirkungen der Bewegung im Wasser Wasserwiderstand (Hydro-)dynamischer Auftrieb Antriebskräfte und ihre Erzeugung 2 2

Kräfte im Wasser a) b) c) Vortriebskraft (FSchw) Wasserwiderstandskraft (FW) 3 3

Gesamt-Wasserwiderstand Setzt sich bei/mit konstanter Geschwindigkeit zusammen aus: • Reibungswiderstand • Form- oder Druckwiderstand • Wellenwiderstand (Wird dabei gleichzeitig ein hydrodynamischer Auftrieb erzeugt, kommt durch die Kantenumströmung der induzierte Widerstand hinzu.) (Wird der Körper mit sich ändernder Geschwindigkeit bewegt, tritt der Massenwiderstand zusätzlich auf. Er ist abhängig von den Wassermassen, die vom Körper und im Nachlauf „mitgeschleppt“ werden.) 4 4

Reibungswiderstand - Grenzschicht körpernaher Wasserteilchen werden in Bewegungs-richtung des Körpers mitgerissen - die zur Mitnahme der Teilchen benötigte Kraft = Reibungswiderstand - der Reibungswiderstand wird auch durch die Oberflächenstruktur mitbestimmt. - Grenzschichtströmung: entweder laminar oder turbulent Aus: Maglischo, E.W. (2003): Swimming fastest. 5 5

Formwiderstand - Wasserteilchen umströmen den Körper (das Hindernis) und fließen im Nachlauf wieder zusammen - das Verdrängen der Wasserteilchen wirkt bremsend - wird von zwei Faktoren bestimmt: Körperform und Mächtigkeit des Nachlaufs Aus: Maglischo, E.W. (2003): Swimming fastest. 6 6

Wellenwiderstand wird bei Bewegung an der Wasseroberfläche verursacht Wasseroberfläche wird aufgerissen (einer bestimmten Menge Wasser wird ein Bewegungsimpuls erteilt)  beim Gleiten in voller Immersion (in größerer Wassertiefe) erreichen Körper höhere Geschwindigkeiten als an der Oberfläche. 7 7

Antriebskräfte und ihre Erzeugung 3. Newtonsche Prinzip: actio = reactio Grundlage aller Überlegungen zur Antriebserzeugung im Wasser Antrieb oder Antriebskraft (auch Vortriebskraft/wirkung) ist als Reaktionskraft zwischen Mensch und Wasser charakterisiert. Die Ausübung einer Kraft auf das Wasser durch eine aktive Bewegung (`actio´) - Impulserzeugung - bewirkt eine entgegengesetzt gerichtete, gleich große, Reaktionskraft (`reactio´) – dieser Impulstransfer geschieht dann vom Wasser auf den Körper. Die erzeugte Antriebskraft ist abhängig von der Größe des Widerstandes, den das Wasser der/den (Teil-)körperbewegung(en) entgegensetzt. 8 8

Antriebskonzepte (I) – actio / reactio Teilkörperbewegungen entgegen der Bewegungsrichtung des Gesamtkörpers (der Schwimmrichtung) Aus: Maglischo,E.W. (2003): Swimming fastest. Abb. 2+3: aus Councilman, JE, Handbuch des Sportschwimmens, Frankfurt 1980 9 9

Antriebskonzepte (II) – hydrodynamischer Lift Bewegungen eines Körpers im Wasser, welche schräg und quer zur Schwimmrichtung verlaufen können Vortrieb generieren. Die Wirkung ist abhängig von: 1. der umströmten Körperform, 2. dem Anstellwinkel, 3. der Bewegungsgeschwindigkeit, 4. Größe der Anstellfläche Sog Abb. 6: Aus Councilman (1980): JE, Handbuch des Sportschwimmens, Frankfurt. Aus: Bissig,M.; Gröbli,C.; et.al. (2004): Schwimmwelt. Schulverlag blmv, Bern. Lift 10 10

Antriebskonzepte (III) – Vortex-Prinzip Wirbelzopfkonzept der geordneten Rotation von Wassermassen Hinter jedem Objekt tauchen grundsätzlich rotierende Wassermassen auf, da hier Druckunterschiede aufeinander stoßen. Wassermassen bewegen sich schnell vom Stau- zum Sogdruck und geraten dabei in Rotation. (Vortex) Wirbelzöpfe bilden sich in tieferem Wasser besser aus als an der Wasseroberfläche Aus: Maglischo, E.W. (2003): Swimming fastest. 11 11

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Antriebskonzepte Vortexformen durch den Körper vorgeformtes Wasser walzenförmig hinter den Füßen Heckantrieb 13 13

Antriebskonzepte Vortexformen nicht vorgeformtes Wasser zopfähnlich hinter den Händen verdrillt Frontantrieb Das durch die Handbewegung verdrängte Wasser umfließt Hände und Finger. relativer Unterdruck am Handrücken (Vortexzöpfe): Sog auf den Handrücken und Staudruck auf der Handfläche  nahezu Fixierung der Hand im Wasser (Widerlager)  Fortbewegung des Körpers nicht der Hand 14 14