Beter zwemmen door wiskunde en natuurkunde

Wil je het zwemmen wat wetenschappelijker aanpakken?

Maak dan gebruik van enkele natuurkundige principes.

 

Zink of drijf met Archimedes.

Archimedes is die man die in bad stapte en toen doorhad dat je zo soortelijke massa kunt uitrekenen. Of iets drijft, zinkt of zweeft hangt van de soortelijke massa af. De soortelijke massa van water is 1 gram per cm3. De soortelijke massa van een mens die zijn adem vasthoudt is gemiddeld 0.97 en door uitademing daalt dit naar gemiddeld 1.03. Alles met een kleinere soortelijke massa dan water drijft (het is lichter dan water), alles met een grotere soortelijke massa dan water zinkt en alles met een gelijke soortelijke massa zweeft. Vissen zijn goed in zweven. Ze hebben ongeveer hetzelfde soortelijk gewicht als water. Met hun luchtblaas reguleren ze de hoeveelheid lucht. Meer lucht = lager soortelijk gewicht = stijgen naar de oppervlakte. Als zwemmer kun je dat ook ervaren. Drijf maar eens op je rug in het water en blaas dan al je lucht uit je longen zonder verder iets te doen. Je merkt dat je daardoor steeds verder onder water zinkt.

Je verhoogt in het water je soortelijke massa door delen van je lichaam uit het water te tillen. Til maar eens een arm of been omhoog terwijl je drijft. Je zakt dan onder water.

Overigens gelden bovenstaande cijfers voor zoet water; de dichtheid van zout water is gemiddeld 1,025 gram per cm3. Dat betekent dat het makkelijker is om in de zee te drijven.

Snelle boten zinken niet

Daarnaast heb je nog het principe van ‘snelle boten zinken niet’. Wat we daarmee bedoelen is dat een boot die dreigt te zinken in stilstand, het nog wel redt door te gaan varen. Met zwemmen is dat hetzelfde. Stilliggen en drijven is lastig. Zwemmend lukt dat beter. Met een beetje extra snelheid kom je hoger in het water te liggen waardoor alles makkelijker gaat.

Hoe kun je als zwemmer gebruik maken van de ontdekking van Archimedes? 

Zinken is voor een zwemmer niet handig. Je wilt bij de oppervlakte blijven om adem te halen en als je zinkt heb je meer last van weerstand.

• Als je goed in het water ligt terwijl je vooruit beweegt profiteer je van de opwaartse druk en dat helpt bij drijven. Probeer daarom ontspannen en lang in het water te liggen. Til je hoofd niet onnodig hoog uit het water en haal niet overdreven hoog je arm over het water.
• Blaas je longen niet helemaal leeg. Houd het bij een goede afwisseling tussen in- en uitademen.
• Een lichaam met een hoger vetpercentage drijft makkelijk en een lichaam met een lager vetpercentage zinkt sneller. Wil je niet aankomen en toch beter drijven? In buitenwater zorgt een wetsuit voor extra drijfvermogen en in het zwembad helpt een pullbuoy.
• Zwem in zee
• Maak meer snelheid – eventueel door zoomers te gebruiken.

 

Het middelpunt van een mens

Het middelpunt van een mens is van invloed op het vermogen om te drijven. Het middelpunt ligt ongeveer boven je navel, maar het is afhankelijk van je lichaamsbouw of dat punt meer naar boven ligt of meer naar beneden. Bij mensen met een brede borstkast, smalle heupen en dunne benen ligt het middelpunt aanzienlijk hoger dan bij mensen met een kleine borstkas en bredere heupen. Hoe lager het middelpunt, hoe meer het lichaam in liggende positie in het water in balans is door de opwaartse druk van het water (plaatje links). Hoe hoger het middelpunt, hoe meer het lichaam in liggende positie in het water uit balans is en hoe meer de benen zakken (plaatje rechts).

Hoe kun je daar als zwemmer gebruik van maken?

• Als je benen zakken, probeer dan de opwaartse druk aan de bovenkant van je lichaam te verhogen door de drijffunctie van je longen beter te benutten. Duw je bovenlichaam iets naar beneden (het is het gevoel alsof je van vals plat afzwemt). Door de tegendruk komen je benen iets hoger te liggen.
• Als je benen zakken, gebruik een pullbuoy om de balans in de ligging te verbeteren.

Hier lees je de wetenschappelijke berekening van het menselijk middelpunt.

 

Vectoren uit de wiskunde.

Vroeger bij wiskunde wel eens vectoren moeten tekenen en berekenen? Dan weet je dat vectoren twee eigenschappen hebben. De lengte van de pijl bepaalt de hoeveelheid kracht en de richting van de pijl bepaalt de richting waarin die kracht wordt uitgeoefend.

Als je bij het zwemmen doorhaalt, dan kun je de beweging die je maakt weergeven met een vectorpijl; een lange en krachtige doorhaal geeft een langere vector-pijl, waarbij je dus meer kracht zet dan bij een korte en slappe doorhaalbeweging.

Daarnaast kun je bij de doorhaal ook kijken naar de richting waarin je duwt. Als je bij het uitduwen je hand ver van je lichaam laat gaan, dan duw je dus eigenlijk schuin naar achteren weg. Het resultaat (de reactie) is dan dat je lichaam schuin naar voren beweegt. Alleen…. Je wilt niet schuin naar voren. Je wilt gewoon recht naar voren.

Hoe kun je als zwemmer gebruik maken van vectoren?

• Maak je doorhaal lang. Maak je na het insteken eerst goed lang (doorstrekken), begin dan je doorhaal en maak deze helemaal af.
• Maak je doorhaal krachtig. Zoek de juiste hoek om je handpalm op het water te zetten en zoek de juiste vorm van je hand (een strakke paddel) zodat je maximaal grip hebt op het water. Dit is te oefenen met zwempaddels.
• Maak de doorhaal in de juiste richting. Zolang jij naar achteren duwt en goed ‘grip’ houdt op het water, ga je naar voren.

 

Weerstand & hydrodynamica  

In de hydrodynamica wordt de werking van water bestudeerd. Hoe stroomt water, hoe wervelt water en –voor ons zwemmers- welk effect heeft dat op de weerstand van het water als je zwemt.

Sowieso heb je het als zwemmer lastiger dan bijvoorbeeld een hardloper als het om weerstand overwinnen gaat. De hardloper moet de dichtheid van de lucht overwinnen, de zwemmer de dichtheid van het water. Lucht is een gas, je lichaam is er zo doorheen. Water is een vloeistof, je lichaam ondervindt meer weerstand en wordt sneller afgeremd. Je moet dus meer moeite doen om in het water vooruit te komen. Van de andere kant…. Wees blij dat zwemwedstrijden niet in stroop gehouden worden. Daar wordt het niet beter van…

We bespreken hier twee soorten weerstand die belangrijk zijn voor zwemmers: de frontale weerstand en de vortex weerstand.

Frontale weerstand.

De frontale weerstand is de weerstand die je ondervindt vanaf de voorkant. Bij zwemmen wil je die zo klein mogelijk hebben. Dat lukt als je in rechte lijn aan het wateroppervlak ligt. Trainers kijken dan naar drie contactpunten met de wateroppervlakte: de achterkant van je hoofd, billen en hakken. Als die het wateroppervlak raken en de zwemmer ligt recht, dan is de frontale weerstand laag. Het water stroomt dan onder je door.

Hoe kun je daar als zwemmer gebruik van maken?

• Zorg dat je horizontaal en hoog aan de wateroppervlakte ligt. Zwem denkbeeldig door een zo smal mogelijk gat en laat het water onder je doorstromen.
• Zorg dat er geen ledematen uitsteken. Een grote beenslag, een wilde draai met je heupen, alles wat uit de ideale lijn gaat remt je af.
• Is de ademhaling voor jou nog een belemmering? Oefen dan eens met een zwemmerssnorkel, dan kun je veel meer horizontaal blijven liggen en ervaar je wat een goede ligging doet.

Vortex-weerstand (ofwel wervelweerstand)

Wervelweerstand is de weerstand die je om je heen en achter je creëert. Door te zwemmen zet je het water om je heen in beweging. Hoe meer (frontale) weerstand je ondervindt, hoe meer wervelingen je ook om je heen maakt.

Die wervelingen hebben als nadeel dat ze jou als zwemmer willen terugtrekken; ze hebben een aanzuigende werking en remmen je daardoor af.

Hoe kun je daar als zwemmer gebruik van maken?

• Glij / snij door het water en probeer weinig te spetteren. Dan stroomt het water langs je en ontstaan er minder afremmende wervelingen
• Zwem je nog niet zo goed / snel? Gebruik bijvoorbeeld zoomers. Je ligt dan wat hoger in het water en vermijdt vortex weerstand.