hidrodinamica natacao by richardqt

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									Hidrodinâmica Básica para Treinadores de Natação
António Moreira
Adaptado de Vorontsov

Escola Superior de Desporto de Rio Maior

Resistência Hidrodinâmica

Deformação do corpo do nadador pela pressão do fluxo

Manifestações da Resistência Hidrodinâmica

RESISTÊNCIA HIDRODINÂMICA

Arrasto Hidrodinâmico Passivo [Submersão, Flume, Deslize depois de impulso/partida]

Arrasto Hidrodinâmico Activo [durante o nado]

Resistência do Meio Aquático

Resistência de Fricção [Pele]

Presume-se, que incorpora Arrasto Hidrodinâmico Passivo Resistência criada pelos movimentos do nadador - ???

Resistência Pressão [Forma]

Resistência de Onda

Resistência Inercial [devido à massa de água adicional]

Manifestações da Resistência Hidrodinâmica

Resistência de Pressão [Resistência de Forma ] [gradiente de pressão = Resistência Frontal + Resistência de Forma] F = 1/2  Cx V²S Resistência Fricção [Arrasto da pele]. Resistência de Onda Resistência Inercial [no caso de velocidades não
uniformes]

Resistência Pressão, Resistência Frontal, Resistência de Forma.
Resistência de Pressão [forma] é determinada pelo diferencial [] de altas pressões que afectam a superfície frontal do corpo e as baixas pressões na cauda do corpo. Também chamada “Resistência frontal” e “Resistência de forma” – são duas faces da mesma moeda – dois aspectos da resistência de pressão.

Resistência de Pressão [Forma] :

From Brent Rushall, 1998

DISTENSÃO: a forma de reduzir a resistência frontal
Uma posição mais distendida durante o deslize. Cabeça e tronco protegidos pelos braços em elevação superior, uma sobreposta à outra.

Distensão: impacto da posição de deslize na resistência hidrodinâmica

Ângulo de ataque e Resistência Frontal

O torque do Corpo e os movimentos de nado podem causar alterações no ângulo de ataque do corpo e aumentar a resistência frontal

Movimentos irracionais criam resistência adicional durante o nado.
Durante o Nado Bruços uma resistência significativa é criada por um movimento incorrecto dos membros inferiores quando os joelhos se movem para a frente. Isto aumenta a superfície frontal de contacto e faz decrescer a velocidade de nado.

E os pormenores são mesmo muito importantes.
A Face em flexão posterior durante a saída da parede, em bruços, diminuí a velocidade de nado.

Variações Intra-cíclicas do ângulo de ataque durante o Bruços e a Mariposa

From Haljand, 1984

Resistência de Fricção [Arrasto da Pele]:

From Brent Rushall, 1998

O Efeito Duplo da Fricção:
1. PERDA DA ENERGIA CINÉTICA DEVIDO À TURBULÊNCIA NA CAMADA LIMITE. 2. PERDA DA ENERGIA CINÉTICA DEVIDO À MASSA DE ÁGUA ADICIONAL.

A Resistência de Fricção ocorre em camadas de água adjacentes ao corpo do nadador – a camada limite. A baixas velocidades o fluxo de água é laminar, causando um arrasto pouco significativo. A maiores velocidades o fluxo de água torna-se turbulento provocando um aumento agudo do arrasto. A caracterização do tipo de fluxo é descrita pelo Número de Reynolds: Re= VL/

Camada Limite

MASSA DE ÁGUA ADICIONAL
Devido à fricção uma quantidade de massa de água movimenta-se em conjunto com o nadador. Esta é conhecida como “massa de água adicional”. A Magnitude da massa adicionada pode ser significativa. Um dos efeitos possíveis dos fatos de banho especiais pode ser separar a massa de água adicional do nadador. Então a resistência hidrodinâmica total será reduzida.

FÓRMULA DA RESISTÊNCIA DE FRICÇÃO
A Resistência de Fricção pode ser estimada por: F fr =  • (dV/dZ) • A
onde  = coeficiente de viscosidade dinâmica=
= 0.897 x 10ˉ³ (N • s¯¹ •m¯²) a 26°C dV – diferença entre a velocidade das camadas = V dZ - diferença das camadas A – superfície submersa

Devido à grande turbulência na camada limite a contribuição da resistência de fricção para a RHD total não é grande [até 6-8%]. Na figura a brucista move-se como se estivesse numa nuvem de água. Apenas a região inferior das pernas parece não ser afectada, mesmo nesta posição distendida.

Resistência de Onda

Resistência de Onda:

From Brent Rushall, 1998

Formação da onda frontal durante o nado

COMPRIMENTO DE ONDA:

Quando o corpo que se propulsiona à superfície da água, atinge uma velocidade tal que a distância entre a onda frontal e da retaguarda é igual ao comprimento do casco, também falada velocidade da onda , a resistência hidrodinâmica aumenta rapidamente. Todas as tentativas para aumentar a velocidade apenas aumentaram a distância entre a onda frontal e da retaguarda e o casco será colocado no vale. Barcos mais compridos são mais rápidos. Teoricamente, não é possível nadar à superfície da água a uma velocidade mais elevada que a onda casco [O comprimento do Corpo do nadador]. A.Mader: Aumento de 10 cm na altura de um nadador com 178 cm é acompanhado de um decréscimo de 13% no consumo de oxigénio para a mesma velocidade. Isto acontece devido à redução na resistência de onda.

Nado Subaquático

Quando o nadador se desloca debaixo de água a uma profundidade em que o peso da coluna de água é igual à pressão frontal criada pelo corpo – não se formam ondas e a resistência hidrodinâmica total diminui. Isto explica porque um batimento de pernas sub-aquático pode ser mais rápido que o estilo completo. De facto : Os submarinos desenvolvem debaixo de água uma velocidade quase duas vezes maior do que à superfície [usando a mesma potência].

Profundidade Mínima para o “Equilíbrio de onda”:

Profundidade de Nado e Resistência de Onda hP = V²/ 2g x Cw

onde V – Velocidade do corpo, g – aceleração da gravidade; Cw – coeficiente de onda não dimensional. Se a profundidade do deslize e do nado subaquáticos depois das partidas e viragens > hP - não se formam ondas.

Nível Básico de Onda – A profundidade a partir da qual as ondas criadas pelos adversários deixam de afectar o nadador:

hP = λ/2 = V/2

= comprimento de onda = V de nado óptima hP = 0.7-1.2 m

onde λ

FÓRMULA DA RESISTÊNCIA DE ONDA
F onda = ρ (A³/λ²)•(V•sin α)³ • cos α
onde, ρ – densidade da água, A – altura da onda, λ – amplitude da onda, V – velocidade de onda (= V do deslize), α – ângulo formado pela direcção do movimento do GCM e a direcção da onda principal. Se V=2 m/seg e α = 30°, então (V•sin α)³ = (2 x 0.5) ³ = 1. Se V = 2.4 m/seg, (V•sin α)³ = (2.4 x 0.5) ³ = 1.2 ³ = 1.728. Então um pequeno incremento na velocidade de nado incrementa a resistência de onda quase duas vezes. A Contribuição da resistência de onda para a resistência hidrodinâmica total aumenta a velocidades mais elevadas.

Profundidade de Deslize Recomendada
B.Blanksby and A.Lyttle [1998] encontraram uma resistência significativamente mais alta entre o nado à superfície e em submersão a uma altura de - 0.2 e 0.4 e 0.6 m para velocidades acima de 1.9 m/s. Mencionaram reduções no arrasto de 1518% em relação ao nado à superfície e ao nado submerso [presumivelmente, devido ao decréscimo da resistência de onda]. Profundidade de deslize recomendada - 0.4 m.

Resistência Inercial

A Resistência inercial ocorre devido a modificações da velocidade intra-cíclica. Depois da fase de desaceleração um nadador tem de aplicar tem de aplicar força adicional para ultrapassar a inércia do corpo e da massa adicional para voltar a acelerar. Quanto menor for a flutuação intra-cíclica da velocidade de nado – menor será a resistência inercial.

RESISTÊNCIA HIDRODINÂMICA TOTAL [PASSIVA]:

F total = F fricção + F pressão + F onda
Para uma velocidade de fluxo de 2.0 m/s estas componentes serão aproximadamente:  F fricção = 0.05 N  F pressão = 93.5 N  F onda = 5 N Total F = 98.55 N
Calculations: © V.Roumyantsev, 1982

Medições do HDR passivo
Avaliação do HDR passivo é baseado na medição feita durante 1) deslize ou 2) pela fixação do corpo a um fluxo de água num tanque ou num flume. Condições a serem satisfeitas: - estável, posição imóvel do corpo; - a força do deslize deve ser paralela à superfície da água; - O aparelho de deslize deve produzir velocidade uniforme de forma a excluir os efeitos da inércia durante aceleração/desaceleração.

Medição do arrasto passivo para diferentes profundidades de deslize [B.Blanksby, A.Lyttle, 1988].

De B.Blanksby, A.Lyttle [1988]: relação entre profundidade de submersão e resistência hidrodinâmica total. Com o aumento da profundidade RHD reduz-se para cada uma das velocidades de nado submerso.

Resistência Hidrodinâmica Activa
Resistência Activa – resistência que o nadador experimenta durante o nado. Presume-se que a RA engloba no seu valor as 3 componentes da resistência passiva + a resistência devida aos movimentos do nado. Medições em nadadores de elite mostram que a resistência activa pode ser bastante menor que o esperado pela teoria.

Measuring Active Drag system [MAD] : durante o
nado – como na locomoção com velocidade uniforme o Arrasto iguala a força que o nadador aplica nos transdutores [A.P.Hollander, H.M.Toussaint].

Assunção feita pelos autores do MAD system: durante o nado com actividade com V uniforme F propulsiva = Arrasto Então, medindo a força contra a pá mede-se o arrasto activo a uma dada velocidade uniforme.

© H.M.Toussaint, A.P.Hollander et al.

Método com uso de corpo adicional hidrodinâmico com resistência conhecida:
Assume-se: P1 = P2 F1 = ½ Cx p S V1² P1 = ½ Cx p S V1³ então: P1 = F1 v1 P2 = F2 v2

F2 = ½ Cx p S V2² + Fb P2 = ½ Cx p S V2³ + Fb

Corpo Hidrodinâmico usado pelo método de Kolmogorov - Duplisheva

TESTE DE ARRASTO ACTIVO:


								
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