Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Hvers vegna er hagstætt fyrir sundmenn að synda í kafi og nota jafnvel ekki handleggina til að knýja sig áfram?

Upphafleg spurning var sem hér segir:
Sundmenn ferðast hraðar undir yfirborði vatns er þeir hreyfa fótleggi sína (eingöngu), líkt og sporður fisks, heldur en þegar þeir synda notandi bæði hendur og fótleggi. Þegar menn synda, þá geta þeir myndað meiri kraft með bæði höndum og fótum. Er mótstaðan eða núningskrafturinn meiri við yfirborðið, heldur en í kafi? Af hverju er þetta svona?
Sundmenn hafa tvær leiðir til að auka hraðann. Þeir geta annað hvort aukið aflið sem þeir nota til að knýja sig áfram gegnum vatnið eða minnkað vatnsmótstöðuna. Seinni kosturinn er mun skynsamlegri og í þessu svari verður útskýrt hvers vegna. Þá verður ljóst hvers vegna sundmenn ferðast hraðar undir yfirborði vatns, jafnvel þótt þeir noti eingöngu fótleggi.

Til að auka aflið eða afköstin gæti sundmaðurinn til dæmis aukið tíðni sundtaka. Gallinn við þá aðferð er sá að orkunotkun í vatni eykst eins og tíðni sundtakanna í þriðja veldi. Það þýðir að ef sundmaðurinn tvöfaldar hraða handanna í gegnum vatnið þarf hann að nota átta sinnum meiri orku. Hann myndi því þreytast fjótt og synda hægar fyrir vikið.

Ef tíðni sundtakanna er aukin styttast sundtökin óhjákvæmilega um leið en það er gagnstætt því sem flest önnur dýr í náttúrunni gera. Hestar auka til dæmis hraðann með því að lengja hvert skref en ekki endilega með því að fjölga skrefum á sekúndu.


Kafsund.

Aðalmótstaðan sem sundmenn glíma við er svokallaður öldudragi sem verður við vatnsyfirborðið. Þegar synt er í yfirborðinu myndast öldur og það kostar orku. Sundmaðurinn neyðir vatnsmassa fyrir framan sig til að rísa upp á móti þyngdaraflinu og orkan sem þarf til þess kemur öll frá sundmanninum sjálfum svo að öldurnar stela í raun orku sem gæti nýst í eitthvað gagnlegra. Yfirborðsspenna kemur hér einnig við sögu og gerir öldurnar "dýrari" en ella.

En það er ekki nóg með að öldurnar steli orku frá sundmanninum heldur eru áhrifin meiri eftir því sem hann fer hraðar. Aftur eykst öldudragi eins og hraðinn í þriðja veldi og verður verri ef sundmaðurinn gerir einhverjar skrykkjóttar eða ójafnar hreyfingar því þá aukast öldurnar og enn meiri orka fer til spillis.

Vegna alls þessa gagnast það ekkert að hamast meira til að auka hraðann. Meiri hamagangur þýðir bara meiri öldugangur en ekki meiri hraði.

Skynsamlega leiðin til að auka hraðann er að minnka mótstöðuna og auka nýtnina. Vatn er 773 sinnum þéttara en loft og þess vegna er vatnsmótstaða mun meiri en loftmótstaða og mótstaðan skiptir miklu meira máli í sundi en til dæmis í spretthlaupi.

Hákarlar geta synt eins hratt og raun ber vitni meðal annars vegna þess hvað þeir eru straumlínulagaðir og vegna þess að skrápurinn er "hannaður" til að minnka núning. Örsmáar raufar í skrápnum koma í veg fyrir hvirflamyndun en hvirflarnir kosta orku alveg eins og öldurnar.

Til að minnka mótstöðuna grípa margir keppnismenn til þess ráðs að raka af sér líkamshárin eða bera á sig olíu. Framleiðendur sundfata hafa líka lagt sitt af mörkum, eins og sást á síðustu Ólympíuleikum. Keppendur eru nú farnir að synda í sérsaumuðum sundbúningum en ekki hefðbundnum sundskýlum eða sundbolum. Þessir sundbúningar eru gerðir úr sérstöku efni sem líkir eftir hákarlaskráp og hefur mun minni mótstöðu en mannshörund, jafnvel þótt það sé rakað eða olíuborið.

En þótt mótstaðan sé versti óvinur sundmannsinns er hún samt nauðsynleg því annars kæmist hann ekkert áfram. Samkvæmt þriðja lögmáli Newtons verkar gagnkraftur gegn hverjum krafti og það útskýrir hvernig sundmaður knýr sig áfram í gegnum vatnið. Sundmaðurinn ýtir vatninu aftur fyrir sig og vatnið bregst við þessum krafti með gagnkrafti sem ýtir honum áfram.

Galdurinn við góða sundtækni er því að nýta sem mest af mótstöðunni til að komst áfram en ekki afturábak.

Sund er ein af elstu keppnisíþróttunum. Eins og í öðrum íþróttum eru framfarir í sundi á undanförnum árum að mestu leyti tilkomnar vegna aukins skilnings á eðlisfræðinni bak við íþróttina. Þessar framfarir hafa gert nútímasundköppum kleift að synda hraðar en áður var talið mögulegt.

Til að gera sundkeppni skemmtilegri er nú bannað að synda meira en 15 m í kafi eftir stungu eða snúning í skriðsundi, flugsundi og baksundi. Reglurnar fyrir bringusund eru heldur flóknari en þær banna í raun fleiri en eitt kafsundstak.

Árið 1956 setti Japaninn Masaru Furukawa ólympíumet í bringusundi með því að synda 75% leiðarinnar í kafi. Hann var eftir það kallaður ósýnilegi maðurinn af augljósum ástæðum. Þegar kafsund var bannað bættust þrjár sekúndur við heimsmetið á einni nóttu.

Að lokum er rétt að draga saman aðalatriðin til að svara spurningunni. Þegar synt er undir vatnsyfirborðinu myndast minni öldur svo að meira af orkunni fer í að knýja sundmanninn áfram. Auk þess hefur sundmaðurinn hendur fyrir framan höfuðið til að kjúfa vatnið og minnkar þannig mótstöðuna. Það skiptir meira máli hvernig sundmaðurinn nýtir orkuna heldur en hvað hann notar mikið af henni. Þess vegna geta góðir sundmenn farið mun hraðar í kafi heldur en í vatnsyfirborðinu.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Mynd:

Útgáfudagur

17.5.2001

Spyrjandi

Hjörtur Reynisson, fæddur 1983

Höfundur

doktor í eðlisfræði

Tilvísun

Kristján Rúnar Kristjánsson. „Hvers vegna er hagstætt fyrir sundmenn að synda í kafi og nota jafnvel ekki handleggina til að knýja sig áfram?“ Vísindavefurinn, 17. maí 2001. Sótt 22. október 2018. http://visindavefur.is/svar.php?id=1617.

Kristján Rúnar Kristjánsson. (2001, 17. maí). Hvers vegna er hagstætt fyrir sundmenn að synda í kafi og nota jafnvel ekki handleggina til að knýja sig áfram? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=1617

Kristján Rúnar Kristjánsson. „Hvers vegna er hagstætt fyrir sundmenn að synda í kafi og nota jafnvel ekki handleggina til að knýja sig áfram?“ Vísindavefurinn. 17. maí. 2001. Vefsíða. 22. okt. 2018. <http://visindavefur.is/svar.php?id=1617>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Sigurbjörn Árni Arngrímsson

1973

Sigurbjörn Árni Arngrímsson er prófessor í íþróttafræði við deild heilsueflingar, íþrótta og tómstunda á Menntavísindasviði HÍ og skólameistari Framhaldsskólans á Laugum. Sigurbjörn stundar rannsóknir á sviði heilsueflingar auk rannsókna á afreksíþróttafólki.