Laserbeleuchtete Kameras zeigen erstmals Strömungen eines Schwimmers
Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera, Laserbeleuchtung und simplen Plastikkügelchen im Schwimmbecken haben Forscher aus Jena erstmals Strömungen visualisiert, die Schwimmer umgeben. Sobald das System serienreif ist, können Schwimmtrainer auf ihrer Rekordjagd an neuen Schwimmtechniken feilen. Bislang mussten sie sich mit Computersimulationen begnügen.
Die Hochgeschwindigkeitskameras zeichnen die Bewegungen der angeleuchteten Kügelchen auf, durch die sich der Schwimmer hindurchbewegt. Mit dem Computer machen die Forscher anschließend die Strömungsfelder sichtbar.
Foto: FSU Jena
Wenn der Schwimmer in die grüne Zone gerät, wird es ernst – nicht für ihn, sondern für Wissenschaftler am Beckenrand. Sie wollen wissen, wie das Wasser den Sportler umströmt. Dafür haben sie unter Wasser Hochgeschwindigkeitskameras installiert. Auf den Bildern sind neben dem Schwimmer merkwürdige weiße Kügelchen zu sehen. Auf diese kommt es an, denn sie bewegen sich genauso wie das Wasser, das den Körper umströmt. Damit lassen sich Unterwasserströmungen sichtbar machen.
Laser schafft Beleuchtung für die Hochgeschwindigkeitskamera
Sieben Jahre schon schaut Stefan Hochstein vom Lehrstuhl für Bewegungswissenschaft der Friedrich-Schiller-Universität Jena schwimmenden Menschen zu, um Verbesserungen des Schwimmstils zu erreichen. Anfangs bestand die Ausrüstung aus einer Hochgeschwindigkeitskamera, die den Schwimmer durch ein Unterwasserfenster filmte.
Heute befindet sie sich in einem wasserdichten Gehäuse, ebenso der Laser, der das Blickfeld ausleuchtet. Wenn das System einmal in Serie gebaut wird, kann sie von Trainern als mobile Einheit zur Stiloptimierung eingesetzt werden.
Die Kügelchen im Schwimmbecken bestehen aus einem Kunststoff, der die gleiche Dichte hat wie Wasser, im Wasser also schwebt.
Der Jenaer Sportwissenschaftler Dr. Stefan Hochstein zeigt seinen Kollegen am Computer die Visualisierung der Strömung, die den Schwimmer umgibt.
Quelle: FSU Jena
Die Umströmung der Schwimmer hat Trainer schon immer brennend interessiert. Die bisher einzige Möglichkeit, sie zu ergründen, waren Simulationsrechnungen am Computer. Die Jenaer Arbeitsgruppe um Professor Reinhard Blickhan ist „die erste Gruppe auf der Welt, die numerische und experimentelle Berechnungen vergleichen kann“, freut sich Hochstein. „Vor einer Nutzung der Erkenntnisse im Training müssen erst die Analysen erfolgen, wie die Beobachtungen sinnvoll in Schwimmtechnik umgesetzt werden können.“
Wellenförmige Schwimmbewegung ist am effektivsten
Am schnellsten kommen Schwimmer übrigens voran, wenn es möglichst laminar zugeht, also Wirbel vermieden werden. Genauso ist es bei Schiffen und Tieren, die sich im Wasser fortbewegen. Dass eine wellenförmige Bewegung des Körpers die schnellste Art ist, sich im kühlen Nass zu bewegen, hat im Jahr 2011 auch der Student Hill Taylor bewiesen. Er stellte über 50 Meter einen Weltrekord im Rückenschwimmen auf, der aber nicht anerkannt wurde. Die Regeln sagen nämlich, dass Schwimmer in dieser Sportart spätestens alle 15 Metern auftauchen müssen. Das drückt aufs Tempo.
Nutzbar wird das System auch im technischen Bereich sein. Man könnte in Wasserbauten beispielsweise Wirbel hinter Brückenpfeilern sichtbar machen, die manchmal zerstörerische Folgen haben. Durch eine andere Formgebung ließe sich das verhindern.
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