Расчетно-графическая лабораторная работа № 3. Кинематический и динамический анализ техники плавания дельфином с помощью биогидродинамического метода.

Главный вектор вертикальных осредненных внешних сил, действующих на
человека при плавании, в большинстве экспериментально исследованных случаев
равен нулю, так как является геометрической суммой противоположно
направленных и практически уравновешенных сил веса и плавучести (Alley, 1952;
Иссурин, 1988). Это положение является общепринятым допущением в
большинстве экспериментальных работ, посвященных биомеханическому анализу
нестационарного поступательного движения биологических объектов в жидкости и
используется в применяемом методе (Lighthill M.,1969, Логвинович, 1973; Lighthill
J., 1977).
Взаимодействие двух горизонтальных сил, как правило, не равных по
мгновенным значениям и противоположно направленных, продвигающей силы и
силы гидродинамического сопротивления в цикле плавательных движений,
описывается уравнением установившегося нестационарного поступательного
движения тела пловца в жидкости:
Fp(e.)(t)–Fr(f.d.)(t) = (m0+?m)•dv(c.m.)/dt, (1)
где, Fp(e.)(t) - мгновенное значение эффективной продвигающей силы генерируемой
пловцом (т.е. суммарной силы создаваемой движителями пловца и возникающей в
результате рабочих движений рук, ног и, в некоторых способах плавания,
туловища); Fr(f.d.)(t) - мгновенное значение лобовой компоненты силы активного
(полного) гидродинамического сопротивления тела пловца при нестационарном
движении; m0 - масса тела пловца; ?m - присоединенная масса жидкости
инерционного происхождения; dv(c.m.)/dt - производная скорости по времени, т.е.
мгновенное ускорение центра масс тела человека.
Ход выполнения лабораторной работы (смотри рис. 1, расположенный
ниже):
? Горизонтальную ось абсцисс разметить точками с дискретностью 0,05
секунды, начиная с начала графиков представленных экспериментальных
данных.
? Через размеченные точки провести тонкие вертикальные линии
(параллельные оси ординат) полностью пересекающие графики
представленных экспериментальных данных и в верней части графика
пронумеровать их по порядку начиная с первой линии.
? На основании экспериментальных данных (представленных в графической
форме) путем решения уравнения 1 с дискретностью 0,05 сек определить
мгновенные значения Fp(e.)(t) и нанести их в виде соответствующей точки на
график. Другими словами, решать уравнение 1 придется столько раз, сколько
вертикальных линий вы нанесли на график. Все расчеты Fp(e.)(t) (для всех
анализируемых точек) должны быть представлены в письменном виде после
рисунка 1.
? Построить искомый график динамики эффективной продвигающей силы в
цикле движений (Fp(e.)(t)) (это делается путем соединения полученных точек
цветным фломастером или карандашом).
? На основании уравнения 2 с аналогичной дискретностью определить
мгновенные значения Fp(t.)(t) и аналогичным образом построить
соответствующий график.
Fp(t.)(t) = Fp(e.)(t) / Ce, (2)
где Ce – безразмерный коэффициент продвигающей эффективности. Все
расчеты Fp(t.)(t) (для всех анализируемых точек) также должны быть
представлены в письменном виде после рисунка 1.
? Правильность проведенных расчетов и построения графиков можно
проверить путем сопоставления этих данных с данными, которые
представлены на рис. 6 в статье «КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТАНОВИВШЕГОСЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ДВИЖЕНИЯ
ЭЛИТНЫХ ПЛОВЦОВ», которая находится в лекции 5 (второй раздел).
? Провести обсуждение полученных экспериментальных результатов
лабораторной работы путем сопоставления с данными спортсмена № 137
(рис. 7 данной статьи). В данном обсуждении необходимо объективно
сравнить основные кинематические и динамические характеристики
спортсменов № 206 и № 137, полученные в цикле движений дельфином.
Обсуждение должно быть письменно оформлено после рис. 1 в тексте
лабораторной работы.