Wasserwiderstand

Wasserwiderstand (active drag; water resistance), Widerstand, der beim Schwimmen durch die Verschiebung der Wasserteilchen untereinander und zwischen Körperoberfläche und dem Wasser (Viskosität) entsteht, einfach gesagt die Kraft, die das Wasser einer Bewegung entgegensetzt (Küchler, 2015, S.11). Der Wasserwiderstand hängt von der Strömungsgeschwindigkeit, der Körperform (→Körperbautyp) und der Dichte des Wassers ab. Der Schwimmer nutzt diesen Widerstand, um sich „abzustoßen“ und er hat sich zugleich mit dessen hemmender Wirkung auseinanderzusetzen. Da der Wasserwiderstand im Quadrat der Schwimmgeschwindigkeit wächst, sind dem rein muskulär erzeugten Vortrieb Grenzen gesetzt und die Verringerung des Widerstandes durch verbesserte Technik hat Vorrang, hier besonders eine widerstandsarme Körperhaltung und eine gestreckte und flache Wasserlage (Prinzip des minimalen Widerstandes). Der Wasserwiderstand ist an der Grenze zwischen Luft und Wasser besonders groß. Deshalb ist es vorteilhaft, die Übergänge an Start und Wende im Rahmen des Reglements (15m-Bereich) unter Wasser zu schwimmen. Die Wasserwiderstandskraft kann beschrieben werden durch

F = (r w * c * A * v ²) / 2

wobei c →Widerstandsbeiwert, A=angeströmte Fläche, v=Geschwindigkeit des Körpers (relativ zum ruhenden Wasser), r_w=Dichte des Wassers (Küchler, 2005).

Der Wasserwiderstand setzt sich zusammen aus Reibungswiderstand, Formwiderstand, Stirnwiderstand und Wellenwiderstand. Die Einbeziehung der hydrodynamisch wirksamen Zusatzmasse komplettiert die Angaben zum Wasserwiderstand, weshalb alle Angaben bezüglich mechanischer Arbeit oder Leistung bei der Bewegung im Wasser, die über Widerstandsgrößen hergeleitet werden, durch den vermehrten Masseneinfluss ergänzt werden müssen (Klauck, 1999). Allein diese Komplexität verdeutlicht, dass der Wasserwiderstand tendenziell nicht linear ist und von persönlichen, technischen und stilistischen Faktoren abhängt (Lopes et al. 2022).→Stromlinienform, →Schweben

Sortesi et al. (2023) verglichen in Schleppversuchen Werte des passiven Widerstands mit den Werten des aktiven Widerstands, die mit Hilfe der „planimetrischen Methode“ geschätzt wurden. Danach ist beim menschlichen Schwimmen der aktive Widerstand etwa 1,5 Mal größer als der passive.

Exkurs:

Hallo

Ich kann es mir schlecht vorstellen, mit der Formel zuarbeiten.

Bitte ein praktisches Beispiel. Wieviel Kraft muss man aufwenden um 5min brustschwimmen, im ruhigen Süßwasser, bei einem normalen Körperbau, an der Wasseroberfläche zu schwimmen. 

Danke, wenn ihr das hinbekommt

Sonnige Grüße Jana

Hallo Jana,

schön, wenn es so einfach wäre. Zudem müssen wir zwischen Vortrieb-/Antrieb und Wasserwiderstand unterscheiden. Die beim Schwimmen erzeugte mechanische Arbeit, kann aus kinematischen Parametern der Bewegung der Teilkörpermassen (Arme/Beine) berechnet werden. Sie enthält einmal die durch den Sportler geleistete Brems- und Beschleunigungsarbeit und andererseits die Arbeit gegen die Widerstandskräfte, hier vorrangig der Wasserwiderstand. Der Wasserwiderstand ist also die Kraft, die das Wasser der Bewegung des Schwimmers entgegensetzt. Diese Kraft kann durch Integration von Druck und Schubspannung berechnet werden. Aber nicht einfach mal so, sondern durch Untersuchungen im Strömungskanal oder in Schlepprinnen (s. weiter: Küchler, J. (2015). Physikalische Grundlagen des Schwimmens – Trainerhandmaterial. Schwimmen: Lernen und Optimieren, 37, 7-20).

Deshalb versuchen Hochleistungsschwimmer durch wiederholte Variation der Bewegungsmuster den Mangel an systematischen experimentellen und numerischen Strömungsuntersuchungen im Versuch-Irrtum-Verfahren zu kompensieren. In meiner langjährigen Praxis als Trainer und Leistungsdiagnostiker habe ich hier wahre Meister des „Widerstandwegnehmens“ gesehen, Besonders bei der Arbeit im Strömungskanal, der schlechte Technik sofort „bestraft“. Der Schwimmer erlebt das als gutes Wassergefühl oder „Rutsch“. Es geht also in der Praxis weniger um Formeln, sondern um eine ausgefeilte Technik, um damit den Wasserwiderstand spürbar zu verringern.

Aktuelle und bisherige diagnostische Untersuchungen im Schwimmen konzentrieren sich oftmals auf kinematische (Geschwindigkeiten, [Teil-]Streckenzeiten, Zuglänge, Zugfrequenz etc.) und sportmedizinische Parameter (Herzfrequenz, Laktat, Spiroergometrie etc.) sowie auf die Analyse der Technik bezüglich Technikleitbildern. Dynamometrische Messungen des Schwimmers im Wasser – und Rückrechnung auf dessen Gelenkmomente – sind aktuell (noch) nicht möglich, außer am Startblock und bei der Wende zu jeweils nur (auf die Schwimmdauer bezogen) kurzen Zeiten (Hochstein, Jakupov & Blickhan (2017). Alternatives Messsystem zur Strömungsvisualisierung und Strömungsmessung im Schwimmen. Technologien im Leistungssport 2: Tagungsband zur 18. Frühjahrsschule am 13./14. April 2016 in Leipzig, 17-21)