Aufenthalt + Fortbewegung im Wasser

-> Erleben, Wahrnehmen und Begreifen der physikalischen Grundlagen zum

Aufenthalt und zur Fortbewegung im Wasser = Kernelemente der

Wassergewöhnung, der Ausbildung des Wasserbewegungsgefühls

-> damit die Voraussetzung zur Aneignung funktionaler Techniken im

Bewegungsraum Wasser

1. Wasserdichte (wichtigste Besidnerheit):

   • Wasser ist ca. 800-mal dichter als Luft → entscheidend für Auftrieb, Widerstand und Antrieb

2. Eigenschaften von Wasser:

   • Verformbar und verdrängbar, aber nicht zusammendrückbar

3. Wasserdruck:

   • Steigt mit zunehmender Tiefe (0,1 bar pro 1 Meter Wassertiefe)

   • Spürbar besonders am Brustkorb und Kopf

   • Erschwert die Atmung, vor allem bei schwacher Atemmuskulatur → beklemmendes Gefühl möglich

4. Druck auf Trommelfell:

   • Erfordert beim Tauchen Druckausgleich im Mittelohr

   • Sollte mit Anfängern geübt werden

5. Schwimmbrillen beim Tauchen:

   • Steigender Wasserdruck erzeugt Sog in der Brille

   • Empfehlenswert: Brillen, die auf der knöchernen Augenhöhle aufliegen → kein Druck auf Augengewebe

6. Empfehlung der DLRG:

   • Tauchen mit Schwimmbrille bis max. 2 m Tiefe und max. 20 Sekunden

   • Warnung vor kleinen, ungepolsterten Brillen („Schwedenbrillen“) bei Kindern und Jugendlichen

-> 25x größere Wärmeleitfähigkeit des Wassers im Vergleich zur Luft

-> "So beträgt der Wärmeverlust während 15 Minuten Wasseraufenthalts bei

20°C rund 420 Kilojoule; das entspricht dem Wärmeverlust einer Stunde an der Luft

bei 20°C"

Wärmeverlust abhängig:

• von der Wassertemperatur

• von der Zeitdauer des Wasseraufenthalts

• vom individuellen Verhältnis der Körperoberfläche zur Körpermasse

• von der Fettschicht (das Unterhautfettgewebe fungiert als Isolationsschicht)

• von der Bewegungsintensität

• Kinder kühlen im Wasser schneller aus als Erwachsene.

  -> Ursache: Größere Körperoberfläche im Verhältnis zur Körpermasse

  -> Empfehlung: Je jünger das Kind, desto wärmer das Wasser

• Empfohlene Wassertemperaturen:

  • Säuglinge: 32 °C bis Körpertemperatur (~37 °C).

  • Kleinstkinder: 31 °C – 33 °C.

  • Dreijährige: über 30 °C.

  • Vier- und Fünfjährige: 27 °C – 29 °C.

  • Grundschüler: 24 °C – 27 °C.

  • Jugendliche und Erwachsene: 22 °C – 27 °C.

  • Wettkampfschwimmen: ideal bei 24 °C – 25 °C.

• Didaktische Konsequenzen:

  • Schnelles Auskühlen muss bei Planung von Bewegung, Pausen und Erklärungen beachtet werden.

  • Wichtige Faktoren: Intensität, Dauer, Standortwahl.

1. Archimedisches Prinzip (Grundlage für Auftreiben, Schweben, Tauchen):

   • Ein in Flüssigkeit eingetauchter Körper verdrängt eine Flüssigkeitsmenge entsprechend seinem Volumen

   • Statischer Auftrieb = Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit

2. Abhängigkeit vom Dichteverhältnis:

   • Körper > Wasserdichte → Körper sinkt (z. B. durch Ausatmung)

   • Körper = Wasserdichte → Körper schwebt

   • Körper < Wasserdichte → Körper treibt auf (z. B. durch Auftriebshilfen)

3. Kräfte im Wasser:

   • Auf den Körper wirken Gewichtskraft und Auftriebskraft.

   • Gewichtskraft greift am Körperschwerpunkt an

   • Auftriebskraft greift am Volumenmittelpunkt an

   • Unterschiedliche Angriffspunkte (KSP/VMP) → Drehbewegung des Körpers.

4. Auswirkung der Lage der Schwerpunkte:

   • Schwerpunkt fußwärts des Volumenmittelpunktes → Beine sinken ab (fußwärtige Drehung um Körperbreitenachse)

   • Schwerpunkt kopfwärts oder nahe dem Volumenmittelpunkt → stabile, flache Wasserlage ohne Absinken der Beine

1. Beeinflussung der Schräglage:

   • Strecken von Armen und Beinen → verringert Schräglage

   • Anziehen der Beine und Adduktion der Arme → verstärkt Schräglage

   • Atmung beeinflusst die statische Auftriebskraft

2. Individuelle anatomische Unterschiede:

   • Lage und Stärke der wirkenden Kräfte sind individuell verschieden

   • Besonders bei Kindern durch unterschiedliche Entwicklungsstände nicht vergleichbar

3. Folgerung für Schwimmübungen:

   • Übungen wie „Seerose“ und „Seestern“ ungeeignet für Talenttests und Notengebung

   • Sinnvoll zum Erfahren und Wahrnehmen des statischen Auftriebs

4. Einfluss aus dem Wasser ragender Körperteile:

   • Verändern den Körperschwerpunkt

   • Verringern das verdrängte Wasservolumen → geringere Auftriebskraft

• Hockqualle (eingeatmet - Rücken ist an der Wasseroberfläche / ausatmen -

  Körper sinkt ab)

• gefühlte Gewichtsreduktion beim Aufenthalt im Wasser (lässt sich beim

  Transport von Gegenständen unter oder über Wasser erfahren)

• Variation der Körperlagen, Position der Körperglieder und des Kopfes, Variation

  der Atmung

• Experimentieren mit auftreibenden Gegenständen (Bälle, Schwimmbretter usw.) und sinkenden Gegenständen (z. B. Tauchringe)

-> diese Situationen werden bei der Wassergewöhnung gezielt inzeniert

1. Dynamischer Auftrieb:

   • Entsteht durch Anströmung des Körpers im Wasser

   • Nimmt mit steigender Geschwindigkeit zu

2. Beispiel: Wasserskifahrer:

   • In Ruhe: Füße sinken ab (nur statischer Auftrieb wirkt)

   • In Bewegung: Füße bleiben an der Oberfläche (dynamischer Auftrieb wirkt)

3. Ursache:

   • Hydrodynamischer Auftrieb – vergleichbar mit dem Prinzip eines Flugzeugflügels

• sich von einem Partner durchs Wasser ziehen lassen

• sich im Flachwasser mit ausgestrecktem Arm um die eigene Achse drehen

  (verschiedene Anströmwinkel durch Drehung von Arm und Handflächen

  ausprobieren)

• sich vom Beckenrand mit unterschiedlichen Anströmwinkeln von Händen, Armen und Kopf abstoßen

-> Die beiden Auftriebskonzepte zusammengenommen ergeben für eine

schwimmende Person die Wasserlage

-> Als Wasserlage wird die „Lage des Schwimmers im Verhältnis zur Horizontalen

[...] der Wasseroberfläche“ bezeichnet (Rudolph, 2008, S. 39

1. Ziel beim Schwimmen:

   • Möglichst große Verringerung des Gesamtwiderstands.

2. Drei Komponenten des Gesamtwiderstands:

   • Formwiderstand

   • Reibungswiderstand

   • Wellenwiderstand

3. Praxis vs. Labor:

   • In der Schwimmpraxis treten alle Widerstandskomponenten gleichzeitig auf.

   • Strömungsbedingungen sind nicht konstant wie im Labor.

4. Zusammenhang mit Geschwindigkeit:

   • Widerstand steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit.

1. Formwiderstand:

   • Größter Anteil am Gesamtwiderstand

   • Abhängig von der Körperform und deren Einfluss auf die Strömung.

   • Prinzip aus der Schifffahrt: „Länge läuft“ – längere, stromlinienförmige Körper sind im Vorteil

2. Strömungsverhalten:

   • Unterschiedliche Körperformen erzeugen verschieden lange Umströmungswege

   • Diese verursachen unterschiedliche Wasserverwirbelungen im Nachlauf

3. Einfluss der Körperform:

   • Spindelförmige Körper (z. B. Pinguine) → geringere Verwirbelungen → weniger Bremswirkung

   • Nicht stromlinienförmige Körper → stärkere Verwirbelungen → höherer Widerstand

   • Formwiderstand ist stärker abhängig von Strömungsverhalten als von der Frontal-/Stirnfläche

-> widerstandsärmste Körperhaltung = gestreckte Körperhaltung mit dem Kopf zwischen den Oberarmen und übereinander gelegten Händen

-> sollte früh verinnerlicht werden (erfahrungsorientiertes Lernen mit Ausprobieren verschiedener Körperhaltungen)

1. Reibungswiderstand:

   • Entsteht durch mitgerissene Wasserpartikel an der Körperoberflächennähe 7 MItbewegung weiterer Wassermassen in unterchiedlichen Abständen von der Körperoberfläche

2. Grenzschichtströmung:

   • Entsteht entlang des Körpers, endet im Nachlauf.

   • Unterscheidung in:

     • Laminare Strömung: kein Partikelaustausch → geringer Widerstand.

     • Turbulente Strömung: mit Partikelaustausch → höherer Widerstand.

3. Einfluss der Oberflächenstruktur:

   • Reibung kann durch glatte, spezielle Materialien reduziert werden.

   • Einsatz reibungsarmer Schwimmanzüge im Leistungssport.

4. Praxisbeispiel:

   • Schwimmen mit Badeshorts → höherer Reibungswiderstand.

   • Vergleich: Enganliegende Badehose → deutlich weniger Reibungswiderstand.

1. Wellenwiderstand:

   • Entsteht durch Anheben von Wasser entgegen der Schwerkraft (Wasserverdrängung durch den Körper)

   • Abhängig von der Tauchtiefe

2. Geringster Widerstand:

   • Bei Tauchtiefe = 3-facher Körperdurchmesser

3. Empfehlung nach Start/Wende:

   • Tauchtiefe von 80–90 cm anstreben

1. Grundprinzip des Antriebs im Wasser:

   • Antriebskräfte müssen größer sein als die bremsenden Widerstandskräfte

   • Erklärung durch actio = reactio (Prinzip der Gegenkraft), unabhängig von der Art der Krafterzeugung

2. Zwei Arten der Krafterzeugung:

   1. Mechanisches Abstoßen:

      • Vom Beckenrand oder -boden (z. B. Startsprung, Wende, Gehen/Laufen im Wasser)

   2. Rückwirkung von Körper- und Wasserbewegung:

      • Durch Beschleunigung von Wassermassen → Impulsänderung → Kraftstoß auf den Körper

      • Diese Rückwirkung („Widerlager“) ist nicht immer gleich wirksam.

3. Zentrales Bewegungsproblem im Schwimmen:

   • Wie kann man sich effektiver gegen den Wasserwiderstand fortbewegen?

   • Wie kann man den Wasserwiderstand für den Vortrieb nutzen?

4. Bedeutung für die Schwimmausbildung:

   • Zusammenhang zwischen Vortrieb, Widerstand und Kraftaufwand ist zentral

   • Bereits in der Wassergewöhnung und bei Abstoß- und Gleitübungen im Flachwasser erfahrbar

5. Ziel bei der Optimierung des Vortriebs:

   • Maximierung der Antriebskräfte

   • Minimierung der Widerstandskräfte

   • Optimales Verhältnis beider Faktoren anstreben

Drei klassische Antriebskonzepte im Schwimmsport:

1. Konventionelles Antriebskonzept / Widerstandskonzept / Gegen-SR-Konzept

   • Antrieb durch Beschleunigung ruhender Wassermassen entgegen der Schwimmrichtung

2. Klassisches Antriebskonzept / Bernoulli-Konzept

   • Antrieb durch hydrodynamischen Auftrieb (Lift) durch Querbewegungen der Hand

3. Vortexorientiertes Antriebskonzept

   • Antrieb durch Abdruck von selbst erzeugten Wasserwirbeln

Funktion der Konzepte:

• Erklären, wie Widerlager entsteht und zum Antrieb genutzt wird

• Zeigen, wie gleichzeitig Gesamtwiderstand reduziert werden kann

• Dienen zur Analyse, Bewertung und Vermittlung von Schwimmtechniken

Nutzung für die Praxis:

• Vergleich von Bewegungsformen und Antriebsprinzipien

• Bewertung technischer Ausführungen und anatomischer Vorteile

• Ableitung von Idealtechniken mit maximaler Antriebswirkung

Begrenzung der klassischen Konzepte:

• Keines der Konzepte allein erklärt vollständig den effektiven Antrieb im Wasser

Vorgeschlagenes erweitertes Modell:

• Differenziertes Antriebskonzept (nach Reischle & Kandolf, 2015):

  • Verbindet Aussagen mehrerer Antriebskonzepte

  • Ziel: umfassendere Erklärung des Antriebs im Schwimmen

Konventionelles Antriebskonzept (Widerstandskonzept)

• Dominierte bis Ende der 1950er Jahre als Erklärungsmodell für Schwimmantrieb

• Grundannahme: Antriebsflächen sollen möglichst entgegengesetzt zur Schwimmrichtung bewegt werden

• Basiert auf dem Prinzip der Gegenkraft (actio = reactio)

• Ziel: Rückwärts gerichtete Kraft erzeugt Vortrieb des Körpers

Früheres Technikleitbild

• Gestreckter Armzug mit geradliniger Bewegung nach hinten

• Führte zu geringer Vortriebseffizienz bei hohem Energieaufwand

Probleme des geradlinigen Armzuges:

• Bereits bewegte Wassermassen bieten kaum Widerstand → geringe Vortriebskraft

• Energieeinsatz im Verhältnis zum Vortrieb ineffizient

• Armbewegung erzeugt auch auf- und abwärts gerichtete Kräfte, die wenig zum Vortrieb beitragen

Modifikation des Konzepts durch Bewegungsanalyse erfolgreicher Schwimmer:

• Beobachtung: Erfolgreiche Schwimmer nutzen gebeugten Arm und kurvenförmige Bewegung

• Unterarm wird früh angestellt, dann gestreckt

• Diese Technik erreicht ruhende Wassermassen besser → effektiveres Widerlager

• Verlängerung des Arbeitsweges der Hand im Wasser → höherer Vortrieb

Erfolgreiche Schwimmer zeigten:

• Kurvige Bewegungsbahn von Arm und Hand

• Beug- und Streckbewegung im Ellenbogengelenk

Tragflügel-Modell zur Erklärung des Antriebs:

• Hand = Tragfläche

• Anströmung von außen: Kleinfingerseite, Anströmung von innen: Daumenseite

• Strömungsgeschwindigkeit auf Handrückenseite > Handinnenfläche

• Zusammenhang von druck + Geschwindigkeit: Sog über Handrückenseite > Staudruck auf Handinnenfläche

  -> hydrodynamischer Auftrieb (Antriebsprinzip nach Bernoulli / „propellerähnlicher Vortrieb“)

Nicht tragfähig zur Erklärung im Sportschwimmen, weil:

• Menschliche Hand ≠ Tragflügelprofil

• Anstellwinkel & Geschwindigkeit der Hand reichen nicht aus, um stabilen Auftrieb zu erzeugen

Praktische Probleme bei der Umsetzung:

• Geschlossene Finger → Verkrampfte Hand- und Armmuskulatur

  → Negative Auswirkungen auf Vortriebseffizienz

Empfehlunge für die optimale Handhaltung:

• Eintauchen der gestreckten Hand mit Fingerspitzen zuerst

• Finger leicht gespreizt → ermöglicht individuelle Strömungserzeugung an jedem Finger

• Beim „Wasserfassen“:

  • Arm wird leicht gebeugt, Hand leicht gespreizt nach vorwärts-abwärts bewegt

  • Ziel: Strömung einfangen und Widerlager aufbauen

Strömungskanal-Untersuchungen an Handmodellen:

• mit leicht geöffneten Fingern

• mit abgespreiztem Daumen

→ zeigten deutlich höheren Widerstand = besserer Antrieb

-> bei Spitzenschwimmern beobachtet

Grundlagen des Vortexkonzepts (Wirbelbildung in der Strömungslehre):

• Vortex = geordnete Rotationsformen eines Fluids (z. B. Wasser oder Luft), auch Wirbel genannt

• Entstehen durch Druckunterschiede: Wasser bewegt sich vom Stau- zum Sogbereich und gerät dabei in Rotation

• Kinetische Energie des Vortex hängt ab von:

  • der Masse des rotierenden Wassers

  • der Rotationsgeschwindigkeit

Bedeutung für den Schwimmantrieb:

• Wassermassen (z. B. hinter Füßen oder Händen) wirken als Widerlager

• Je geordneter die Wirbelbildung (z. B. als Vortexzöpfe oder walzenförmige Wirbel), desto höher die Drehgeschwindigkeit der rotierenden Wassermassen -> effektiverer Antrieb

• Hoher Organisationsgrad + hohe Rotationsgeschwindigkeit = starkes Widerlager

Zwei Arten von Vortexformen beim Schwimmen:

1. Vorgeformte Wassermassen (z. B. beim Beinschlag):

   • Beinbewegung trifft auf bereits bewegtes Wasser → andere Wirbelstruktur

2. Nicht vorgeformte Wassermassen (z. B. bei Hand-/Armbewegung):

   • Hand trifft auf ruhiges Wasser → andere Bedingungen für Vortexbildung

Vortexzöpfe (z.B. am Handrücken):

1. Entstehung:

   • Durch Umströmung der Handkante bilden sich rotierende Wasserfäden

   • Diese verflechten sich zu einem spiralartigen Gebilde = Vortexzopf

2. Wirkung:

   • Unterdruck auf Handrücken, Staudruck auf Handfläche → Hand wird im Wasser „fixiert“

   • Dadurch kann der Körper sich gegen das Widerlager fortbewegen

3. Ziel:

   • Abreißen des Widerlagers verhindern, um effektiven Vortrieb möglichst lange zu erhalten

   • Bei schwacher Strömungsordnung:

     • Hoher Energieaufwand, aber geringer Vortrieb trotz großer Anstrengung

4. Bewegungsmuster:

   • Seit- und Drehbewegungen kombiniert, ähnlich einer liegenden Acht (∞) → stabilere Strömung

Walzenförmige Vortexwirbel (z. B. beim Delfinbeinschlag):

• Entstehung im Nachlauf der Füße

• Rotierende Wassermassen sichtbar durch Luftblasen-Experimente mit feinen Luftströmen

• Veranschaulichen Strömungsorganisation und Wirbelbildung bei effizientem Beinschlag

Beobachtungen zur Vortexbildung beim Delfinbeinschlag:

• Bild 1 & 2:

  • Bildung eines kleinen Vortexwirbels mit Uhrzeigersinn-Rotation

  • Entsteht durch peitschenartige Umlenkbewegung der Füße bei Auf- und Abbewegung

• Bild 3 bis 5:

  • Größerer, gegen den Uhrzeigersinn rotierender Vortexwirbel

  • Entsteht an der Fußkante beim Übergang von Abwärts- zu Aufwärtsbewegung

• Bild 8:

  • Zeigt geordneten Nachlauf zwischen den gegensinnig rotierenden Vortexwirbeln

  • Rotationskerne wirken als Widerlagerproduzenten

Effekte der geordneten Vortexbildung:

• Geordnete Beschleunigung des Wassers in entgegengesetzte Richtungen.

• Führt zu Reduktion des Reibungswiderstands entlang des Körpers.

• Geordnete Wirbelzonen im Nachlauf erzeugen weniger Widerstand als ungeordnete.

• Berücksichtigt mehrere Antriebskonzepte gleichzeitig zur Erklärung verschiedener vortriebswirksamer Bewegungen im Wasser.

• Beispielanwendungen je nach Bewegungstyp:

  • Delfinbeinschlag unter Wasser → erklärt durch das Vortexkonzept.

  • Direkt rückwärts gerichtete Armbewegungen → erklärt durch das Widerstandskonzept.

  • Diagonal zur Schwimmrichtung verlaufende Armzugbewegungen →

    • angelehnt an das klassische Antriebskonzept (Bernoulli).

    • Beschreibung erfolgt heuristisch (probierend, nicht abschließend bewiesen).

• Mechanismus der Antriebswirkung:

  • Durch Beschleunigung und Ablenkung von Wassermassen mit der Hand.

  • Der auf das Wasser ausgeübte Impuls → wirkt als reaktiver Impuls zurück auf den Schwimmer → erzeugt Vortrieb.