SCUOLA MEDIA “MARIA CONSOLATRICE” SCIENZE MOTORIE prof. Alessandro Cattich I PRINCIPI DEL MOVIMENTO IN ACQUA

GLI STATI DELLA MATERIA Solido Liquido Gas

SOLIDI Un solido mantiene la propria forma e le proprie dimensioni;anche se una forza molto elevata viene applicata al solido, esso non cambia facilmente la sua forma e il suo volume

LIQUIDO Un liquido non mantiene una forma prefissata (prende la forma del suo contenitore) ma, come il solido, non è facilmente comprimibile e il suo volume può essere modificato solo con una forza molto elevata

GAS Un gas non ha né una forma propria ne un volume proprio:si espande fino a riempire uniformemente il suo contenitore. Esempio:quando viene pompata dell’aria in un pneumatico essa non si deposita sul fondo come farebbe un liquido ma si diffonde per l’intero volume

ACQUA In condizioni di temperatura e pressione standard è un liquido incolore e insapore, con punto di fusione a 0 ° C(273,15 K) e punto di ebollizione a 100 °C (373,15 K). La sua molecola è formata da un atomo di ossigeno cui sono legati due atomi di idrogeno; la sua formula chimica è pertanto H 2 O.

La densità ρ, di un oggetto (ρ è la lettera greca “ro”) è definita come il rapporto tra la sua massa per unità di volume: m ρ = — V La densità dell’acqua è 800 volte maggiore rispetto a quella dell’aria (998.2 contro kg/m³). Un corpo che si muove attraverso l’acqua, quindi, subisce l’azione di forze in modo diverso rispetto alla terra. ACQUA

AL MARE.. Come ciascuno di noi avrà notato, al mare con uno sforzo minimo si può sostenere una persona immersa nell'acqua mentre se la persona a mano a mano emerge la fatica aumenta progressivamente. Quindi, quando un corpo è immerso in un liquido sembra che diventi più leggero che in un certo senso diminuisca di peso. In realtà il peso rimane lo stesso ma sul corpo agisce una forza che contrasta totalmente o parzialmente la forza di gravità.

LA SPINTA IDROSTATICA (PRINCIPIO DI ARCHIMEDE) Tale forza è detta forza di Archimede o spinta di Archimede o ancora spinta idrostatica (nonostante non riguardi solo i corpi immersi in acqua, ma in qualunque altro fluido – liquido o gas). L’enunciato completo è:” un corpo immerso (totalmente o parzialmente) in un fluido riceve una spinta (detta forza di galleggiamento) verticale (dal basso verso l'alto) di intensità pari al peso di una massa di fluido di forma e volume uguale a quella della parte immersa del corpo. Il punto di applicazione della forza di Archimede, detto centro di spinta, si trova sulla stessa linea di gradiente della pressione su cui sarebbe il centro di massa della porzione di fluido che si trovasse ad occupare lo spazio in realtà occupato dalla parte immersa del corpo”

LA SPINTA IDROSTATICA (PRINCIPIO DI ARCHIMEDE) Una formulazione più semplice del principio è la seguente: “ un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l'alto pari al peso del volume di liquido spostato” Da un punto di vista matematico, la forza di Archimede può essere espressa nel modo seguente: F A = ρ flu g V essendo ρ flu la densità(massa volumica) del fluido, g l‘accelerazione di gravità e V il volume spostato (che in questo caso è uguale al volume del corpo). La spinta è indipendente dalla profondità alla quale si trova il corpo.

OSSERVAZIONE 1 Si può stabilire se un corpo galleggia o va a fondo in un determinato liquido confrontando le rispettive densità. Possiamo così scoprire perché il ghiaccio galleggia nell’acqua anche nella forma di un gigantesco iceberg. Infatti, la densità del ghiaccio è minore di quella dell’acqua. Si scopre anche perché un pezzo di ferro va a fondo nell’acqua mentre galleggia nel mercurio. Una nave, che per la maggior parte è fatta di acciaio e altri materiali più densi dell'acqua, non affonda perché contiene enormi quantità di spazi vuoti e, grazie alla sua forma, sposta tanta acqua da equilibrare il proprio gran peso. La densità media del materiale della nave e dell'aria risulta così inferiore a quella dell'acqua. Tuttavia, se si apre una falla sul fondo, essa si riempie d'acqua e affonda.

OSSERVAZIONE 2 La densità del corpo umano è di poco inferiore a quella dell'acqua; per questo motivo il corpo umano galleggia, ma restando in gran parte immerso. Il subacqueo che ha bisogno di lavorare ad una certa profondità senza dover continuamente pinneggiare per mantenere la quota porta una cintura con dei piombi Se facciamo il bagno in un fiume o in un lago fatichiamo di più a galleggiare perché l'acqua dolce ha una densità inferiore a quella dell'acqua salata

LA TERZA LEGGE DELLA DINAMICA (PRINCIPIO DIAZIONE-REAZIONE DI NEWTON) Ad ogni azione corrisponde sempre una reazione uguale e contraria. Quindi le mutue azioni fra due corpi sono sempre uguali e dirette in senso contrario. Più precisamente: quando un corpo A esercita una forza su un corpo B, anche B esercita una forza su A; le due forze hanno stesso modulo (intensità), stessa direzione, ma versi opposti F a = -F b

LA RESISTENZA ALL’AVANZAMENTO (DRAG ATTIVO E PASSIVO) La resistenza che si oppone al movimento è una forza, che si esprime in Newton, molto superiore in acqua che nell’aria. Un corpo che si muove attraverso l’acqua subisce l’azione di una forza frenante che è definita resistenza all’avanzamento o Drag. Esso è il primo fattore da cui dipende il costo energetico del nuotatore. La relazione esistente tra drag e velocità fu descritta per la prima volta nel 1920 da J. Amar attraverso la seguente equazione D = k *v² in cui D sta per forza di drag, k è una costante e v è la velocità di nuoto.

LA RESISTENZA ALL’AVANZAMENTO (DRAG ATTIVO E PASSIVO) Successivamente, nel 1933, Karpovich misurò la dipendenza del drag dalla velocità del nuotatore trascinato passivamente in acqua. Facendo questo esperimento verificò che esistevano due tipi di drag; il drag passivo (Dp) esprime la resistenza che il corpo del nuotatore, in posizione idrodinamica e senza movimento, incontra durante l’avanzamento seguente al tuffo e alla virata. Il drag attivo (Da) esprime invece la resistenza che il corpo del nuotatore offre in acqua mentre nuota. La misura del drag attivo è tutt’ora in discussione tra gli scienziati e i biomeccanici e secondo alcuni ricercatori è di tre volte superiore al Dp.

LA RESISTENZA ALL’AVANZAMENTO (DRAG ATTIVO E PASSIVO) Tipi di resistenza all’avanzamento:  la resistenza frontale o di forma  la resistenza di attrito  La resistenza d’onda o di vortice

LA RESISTENZA FRONTALE O DI FORMA E’ la resistenza che si oppone all’avanzamento della parte frontale del corpo del nuotatore. Viene prodotta in base alla posizione e all’assetto assunto dal nuotatore in acqua. Alcuni gruppi di corporature di nuotatori creano meno resistenza rispetto alla media ma il controllo della postura può aiutare a ridurre la resistenza anche da parte di atleti con caratteristiche diverse

LA RESISTENZA DI ATTRITO E’ la resistenza prodotta dall’acqua che viene a contatto con il corpo del nuotatore. Nel nuoto questo tipo di resistenza non è molto significativo ciononostante molti nuotatori cercano di limitare questo tipo di resistenza utilizzando il rituale della depilazione di braccia e gambe al termine della fase di tapering prima di una competizione importante. I costumi integrali di nuova generazione vanno esattamente in questa direzione cercando di limitare in particolare il drag passivo(Dp)

RESISTENZA D’ONDA O DI VORTICE E’ causata dai movimenti poco idrodinamici del corpo che producono piccole onde o vortici che non riescono a oltrepassare il nuotatore che in questo modo deve trascinare molecole d’acqua e aria. Come per le altre resistenze anche la resistenza d’onda segue il rapporto drag→velocità.

LA LEGGE QUADRATICA D = k *v² Come si evince da questa relazione ad un minimo aumento di velocità corrisponde un esponenziale aumento della resistenza all’avanzamento. Esempio: velocità nuotatore: 1m/s costante di forma:5 kg/m Drag=5 N velocità:2m/s costante di forma:5 kg/m Drag:20 N

GLI STILI DEL NUOTO STILI SIMMETRICI:RANA FARFALLA STILI ASIMMETRICI: STILE LIBERO DORSO QUINTO STILE: FASE SUBACQUEA, PARTENZE, VIRATE