Trainen van lange afstand wedstrijdzwemmen in open water 14

Drag - Weerstand!

{informeren  &  kennis overdragen door Gerard Meurs}

Tijdens het zwemmen ondergaat het lichaam een vertragende kracht als gevolg van de continue botsing met het water. De weerstand die een zwemmen ondervindt kan worden onderverdeeld in drie componenten, namelijk :

• Wrijvingsweerstand
• Vormweerstand
• Golfweerstand  

We kunnen dus stellen dat de totale weerstand gelijk is aan deze drie weerstanden bij elkaar opgeteld.

Friction Drag - Wrijvingsweerstand

We spreken over een wrijvingskracht tussen verschillende lagen water als de lagen langs elkaar bewegen.

De waterlaag die in direct contact staat met het lichaam van de zwemmer zit als het ware aan het licham vastgeplakt door een klevende kracht [adhesive forces]. Deze vloeistoflaag beweegt dus met dezelfde snelheid als de zwemsnelheid van de zwemmer. De vloeistofsnelheid zal afnemen naarmate de afstand tot het lichaam van de zwemmer groter wordt. Dit betekent dat vloeistof dat zich ver aan de voorkant, aan da achterkant en aan de zijkant van het lichaam bevindt geen snelheid heeft en dus in rust is. Hieruit kunnen we concluderen dat de waterlaag dicht bij het lichaam wordt vertraagd door de waterlaag daarnaast en deze wordt weer vertraagd door de volgende, enz. enz.

We kunnen zeggen dat de wrijvings- of viscositeitkracht evenredig is met de totale oppervlakte van de zwemmer en met de snelheid. Zolang het water rond de zwemmer keurig gerangschikt is in lagen, zal de totale weerstand aangewend door het water gelijk zijn aan de viscositeitkracht. Boven een zekere snelheid zullen er in de stroom onregelmatige wervelende bewegingen, die we ook wel turbulentie noemen, ontstaan. Bij welke snelheid en op welke plek van het lichaam de turbulentie als eerste ontstaat, is afhankelijk van de vorm en grootte van de zwemmer.  De aanvang van de turbulentie is altijd plotseling en vindt plaats bij een kritische waarde, het zgn. Reynolds number, Re :

• p = de dichtheid van het water
• n = de viscositeit van het water
• v = de zwemsnelheid
• L = de lengte van de zwemmer

Afhankelijk van de fitheid van de zwemmer zal de kritische waarde bij berekening rond de 500.000 liggen, hetgeen inhoudt dat turbulentie altijd bij het wedstrijdzwemmen een rol zal spelen.

Pressure Drag - Vormweerstand

Onder vormweerstand verstaan we de weerstand die optreedt als gevolg van de vorm van de zwemmer;  de regelmatige stroom die over het lichaam van de zwemmer stroomt kan afhankelijk van de vorm, grootte en snelheid van de zwemmer op een zeker punt breken. Achter dit breekpunt keert de stroom zich om en ontwikkelt zich tot wervelingen. Er ontstaat daardoor een drukverschil tussen de voorzijde en achterzijde van de zwemmer.

Algemeen gesteld is de vormweerstand Fp afhankelijk van de zwemsnelheid in het kwadraat, de weerstandcoëfficiënt Cd, het aanstroomoppervlak Ap en de dichtheid van het water p.  

Wave Drag - Golfweerstand

Bij het zwemmen aan het wateroppervlak is water geneigd om zich voor het lichaam van de zwemmer op te stapelen. Hierdoor ontstaan achter deze opstapeling kuilen, waardoor  een golfsysteem wordt gecreëerd. Een toenemende zwemsnelheid gaat gepaard met een toenemende golflengte en een toenemende golfuitslag [amplitude]. Bij een zekere snelheid is de golflengte gelijk met de waterlijnlengte van de zwemmer, waarbij de waterlijnlengte vermoedelijk evenredig is met de lengte van de zwemmer. De zwemsnelheid, waarbij de golflengte gelijk is met de waterlijnlengte, wordt de ‘hull speed’  genoemd. Deze term is afkomstig uit de scheepsbouw. Bij deze snelheid is de zwemmer gevangen in zijn zelf ontworpen kuil. Meer inspanning zal leiden tot een grotere golfuitslag wat weer zal leiden tot een diepere kuil en dit betekent dat elke poging om de zwemsnelheid  te verhogen erg moeilijk zal zijn wanneer de meeste energie gebruikt wordt om uit die kuil te klimmen. Dit houdt in dat het onmogelijk is om sneller te zwemmen dan de zgn. ‘hull speed’.

In de praktijk blijkt echter dat zwemmers wel in staat zijn om boven hun ‘hull speed’ te zwemmen. De verklaring voor deze observatie is complex en voert te ver voor bespreking in dit artikel.

In het kort geldt dat de werking van de benen èn het dynamische karakter van de zwembeweging hierbij een belangrijke rol spelen.

De relatieve snelheid die samen met de vorm van de zwemmer de omvang van de golfweerstand bepaald wordt gedefinieerd als de Froudnumber Fr.

”Het  doel  heiligt  de  middelen”