Весло или грабли для улучшения гребка при плавании?

Таков вывод нового исследования из Нидерландов, в котором группа специалистов по гидродинамике построила и распечатала трехмерную ручную модель с использованием общедоступного программного обеспечения Make Human, проверила ее в экспериментах в аэродинамической трубе, а затем объединила эти результаты с компьютерной гидродинамикой. симуляции. Хотя предыдущие исследования показали, что растопыренные пальцы на самом деле повышают эффективность плавания, это наиболее полное доказательство, подтверждающее эту концепцию. Команда представляет свои выводы на ежегодном собрании Американского физического общества, Отделение динамики жидкости, которое проходило 20-22 ноября в Портленде, штат Орегон.

Повышение эффективности за счет растопыренных пальцев невелико, предлагая от 2 до 5 процентов увеличения коэффициента лобового сопротивления, связанного с тягой, которая движет пловцом. «Однако, когда вы лучший пловец, этот очень небольшой эффект, всего несколько процентов, может иметь значение между золотой медалью и отсутствием медали вообще», — сказал докторант Йосе ван Хаувелинген, сама пловчиха, которая проводит исследования в Технологический университет Эйндховена в составе команды, в которую также входят исследователи из Делфтского технологического университета и Центра гидродинамики Дж. М. Бургерса в Нидерландах.

Разведение пальцев дает небольшое преимущество в эффективности, поскольку препятствует потоку за счет зазоров, образованных между растопыренными пальцами. Это увеличение лобового сопротивления также увеличивает тягу. Чем выше коэффициент лобового сопротивления, тем эффективнее тяга.Исследователи измерили силу и крутящий момент в пяти различных условиях разведения пальцев, при которых большой палец оставался в фиксированном положении.

Измерение началось с закрытого положения на 0 градусов, когда все пальцы были прижаты друг к другу, как у лопатки, а пальцы постепенно разводились шире с интервалами в 5 градусов до максимума в 20 градусов.Они провели измерения в различных условиях распространения как в аэродинамической трубе, так и с помощью численного моделирования.

Поскольку воздух и вода ведут себя как жидкости, аэродинамическая труба казалась идеальной настройкой для детального анализа силы руки, плавающей в воде, с использованием двух датчиков силы, установленных тандемно.Результаты показали, что пальцы растопырены.

По сравнению с закрытым положением руки с лопастью, даже самое маленькое положение руки с растопыренными пальцами на 5 градусов увеличивало коэффициент лобового сопротивления на 2 процента в численном моделировании и на 5 процентов в эксперименте в аэродинамической трубе. Исследователи также нашли оптимальное разведение пальцев — 10? То же самое было при экспериментальном и численном моделировании.Хотя повседневные практические эффекты могут быть небольшими, учитывая, что несколько пловцов, которые плавают достаточно хорошо, чтобы извлечь из этого пользу, команда видит более широкую философскую и желательную пользу в этом открытии. «Это может вдохновить других пловцов, не имеющих олимпийского калибра, думать о динамике жидкости и размышлять о колебаниях сил, которые испытывают их руки и пальцы во время этих скучных кругов».

Полученные данные также закладывают основу для следующего этапа исследований, в котором анализируется сопротивление в условиях ускорения. Команда объясняет: «Затем мы положим руки в большой резервуар с водой и сделаем реалистичные движения при плавании с помощью робота, и снова объединим это с численным моделированием».


Портал обо всем