Japonskí vedci z Tsukubskej univerzity sa pozreli na to, ako a prečo sa hráči vodného póla držia nad hladinou.
Keď si predstavíme prácu fyzikov, zväčša sa nám vybavia tabule pokreslené množstvom nie všetkých zrozumiteľných symbolov alebo ľudia v bielych laboratórnych plášťoch a s okuliarmi obsluhujúci zložité prístroje. Súčasťou ich práce je často hľadanie odpovedí na tie najťažšie a najpodstatnejšie otázky fyziky, ako napríklad čo presne sú čierne diery, ako vyrobiť čo najpevnejší materiál či ako zvýšiť efektivitu fotovoltických článkov. Vedci však často hľadajú odpovede aj na oveľa menej bombastické otázky. Príkladom je výskum zameraný na vodných pólistov.
Teória plávania
V práci publikovanej v časopise Sports biomechanics vedci detailne sledovali pohyb nôh športovcov a rozdelenie tlaku vody okolo ich chodidiel pri takzvanom šliapaní vody. Vtedy dokážu hráči krúživým pohybom nôh zostať vysoko nad hladinou aj bez použitia rúk. Šesť vodných pólistov bolo snímaných rôznymi podvodnými kamerami a na chodidlách mali umiestené tlakové senzory. Cieľom výskumníkov bolo študovať, čo presne sa pri pohybe deje a ako sa hráči udržia nad hladinou. Idea akéhokoľvek plávania je po fyzikálnej stránke vcelku priamočiara. Keď kopneme nohou do vody, potlačíme isté množstvo kvapaliny a v dôsledku Newtonových pohybových zákonov sa naše telo posunie v opačnom smere. Podobne ako keď raketa pri ceste do vesmíru vypúšťa horúci plyn nadol, a to ju tlačí smerom nahor. Tento istý dej sa však dá popísať aj iným spôsobom – pomocou tlaku vody. Na rôznych stranách chodidla nie je rovnaký tlak. Na tej strane, ktorou odtláčame vodu, je vyšší tlak ako na tej opačnej. Tak vzniká rozdiel tlakov a výsledkom tohto rozdielu je sila, ktorá na nás pôsobí a v kvapaline nás tlačí dopredu.
Miléniový problém
V tejto oblasti prichádza veľmi zaujímavý výsledok spomínanej štúdie. Vedcom sa podarilo porovnať kamerové zábery pohybu chodidiel s tlakmi, ktoré namerali senzory. A rozdiel tlakov bol väčší, ako by sa iba z pozorovaného pohybu dalo očakávať. Predpokladajú, že ide o dôsledok nestabilného vírivého prúdenia okolo chodidiel. Pohyb nôh vo vode vytvára víry, ktoré ešte výraznejšie znižujú tlak za chodidlom a zvyšujú silu pôsobiacu na hráčov. Rovnaký efekt bol pozorovaný v podobnej štúdii s plavcami a prúdením v okolí ich rúk. Ukazuje sa teda, že pravdepodobne ide o všeobecný efekt pri pohybe vo vode a jeho ďalšie štúdium by mohlo pomôcť plavcom k efektívnejšiemu pohybu. To si však bude vyžadovať ďalšie výskumy, najmä detailnejšie študovanie a vizualizáciu samotného prúdenia vody. Nakoniec sa však ukazuje, že otázka šliapania vody predsa len súvisí s jedným veľmi podstatným fyzikálnym problémom. Pri rýchlych prúdeniach sa tekutina chaoticky premiešava, vznikajú komplikované víry a správanie kvapaliny v takomto turbulentnom prúdení zatiaľ nevieme dobre predpovedať. Lepšie porozumenie turbulencii môže viesť napríklad k efektívnejším lietadlám, lepším predpovediam počasia a dokonca aj k lepšiemu zvládaniu niektorých ochorení ciev. A kto vie, možno sa tomto smere dozvieme niečo zaujímavé aj pri ďalšom štúdiu toho, ako vodní pólisti šliapu vodu.
Juraj Tekel
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.