קירות עם סופגי גלים, מאבק בכוח הגרר האימתני וחליפות שוברות שיאים: כשהמדע פוגש את הבריכה האולימפית, מיטב המוחות דואגים לשפר את ביצועי השחיינים. איך הם עושים את זה?
כשהאלופה האולימפית האמריקאית עטורת המדליות מליסה (מיסי) פרנקלין נכנסת למים, היא יודעת שחוץ מיריבותיה במקצה היא צריכה להתחרות גם ביריב לא פחות חשוב – גלי המים בבריכה. תנועותיה והחתירה של כל שאר השחייניות, יוצרות גלים ומערבולות שמפריעות להן ומאטות אותן ואת יריבותיהן גם יחד.
גל הוא סוג של הפרעה שנעה דרך מדיום מסוים ומעבירה דרכו אנרגיה. גלי הקול, למשל, מעבירים את האנרגיה הדרושה להשמעת רעשים דרך האוויר. בצורה דומה, חלק מהאנרגיה שהשחיינים משקיעים במים יוצרת בהם גלים בכל חתירה ובכל בעיטה.
הבריכות האולימפיות בעבר היו פשוט קופסאות בטון מלאות במים, כך ששובל הגלים שנוצר מבעיטות השחיינים הופיע על המים כקצף לבן. מאז, תודות לפתרונות עיצוביים וטכנולוגיים, הבריכות האולימפיות מאפשרות לשחיינים להגיע לביצועים הרבה יותר טובים. "הבריכות כיום מעוצבות בצורה שממזערת את יצירת הגלים ודואגת לפיזור האנרגיה" , מסבירה אנט הוסוי (Hosoi), פרופסורית להנדסת מכונות מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT).
בדפנות הבריכה המודרנית מותקנים פתחי ניקוז מיוחדים המשמשים כמלכודות שמטרתן לבלוע את הגלים ולמנוע מהם לחזור לשחיין. בנוסף, המצופים שתוחמים בין המסלולים מעוצבים כך שיספגו כמה שיותר את אנרגיית הגל שיוצר השחיין ולא יניחו לה לעבור לשחיינים שלידו. המצופים בנויים כגלגלים שיכולים לנוע על צירם ולהסתובב כשגל פוגע בהם, כך שאנרגיית הגל מומרת לאנרגיה סיבובית של המצוף.
גם עומק הבריכה הוא אלמנט חשוב. בריכות אולימפיות מגיעות לעומק של כשלושה מטרים – די עמוק כדי שגלים שנוצרים במהלך השחייה ינועו כלפי מטה ויתפזרו לפני שיספיקו לעלות בחזרה למעלה. "לעומק הבריכה יש השפעה גדולה. כשהבריכה עמוקה יותר את מרגישה לפעמים שאת ממש שוחה מהר יותר", מספרת פרנקלין.
בנוסף על העומק, רוחבה הגדול של הבריכה ממזער גם הוא את אנרגיית הגלים, כיוון שהוא מניח לאנרגיה להתפזר ולהיעלם טוב יותר לרוחב. זוהי אחת הסיבות לכך שהמסלולים הקיצוניים נשארים בדרך כלל ריקים בתחרויות מקצועניות. אופי הגלים החוזרים מדפנות הבריכה אינו זהה לגלים המגיעים משאר המסלולים, ולכן השחייה במסלולים הצדדיים שונה מאוד מהשחייה במסלולים האמצעיים.
שחייה ודינמיקות נוזלים
פרנקלין היא שיאנית העולם הנוכחית במשחה 200 מטר גב וצברה עד האולימפיאדה הנוכחית את מספר המדליות הרב ביותר מכל שחיינית אחרת בעולם בכל הזמנים. מעבר לטכניקה ולכושר הגופני, אחד היתרונות הבולטים שלה הוא מבנה גוף אולטימטיבי לשחייה: כתפיים רחבות וגפיים ארוכות שעוזרות לה למקסם את כוח הדחף ובה בעת להתגבר על הגרר שיוצרים המים . אלה שני מרכיבים מרכזיים ביותר בדינמיקות נוזלים.
כששחיין בעל מסה מאיץ, כוח הדחף הוא הכוח שגורם לו לנוע קדימה, והוא שווה לכוח שהשחיין עצמו מפעיל על המים כשהוא דוחף אותם אחורה בתנועות השחייה שהוא עושה בידיו וברגליו. מולו פועל כוח הגרר: הכוח שמתנגד להתקדמות השחיין במים.
ברגע שפרנקלין ויריביה בבריכה יוצאים לדרך, עליהם להתגבר על שלושה כוחות גרר עיקריים. ראשית ישנו גרר החיכוך: הכוח הנובע ממגע המים בגופה של פרנקלין, ופועל בכיוון הנגדי לשחייתה. שנית, גרר הלחץ: המים עוברים מסביב לגופה ומתנתקים ממנה רק כשהם מגיעים לרגליה, וכך יוצרים הפרשי לחצים בין הראש לרגליים. הלחץ הגבוה מלפנים לעומת הלחץ הנמוך מאחור יוצרים כוח שדוחף את מליסה אחורה.
לבסוף קיים גרר הגלים: בשעה שפרנקלין מתקדמת קדימה, חלק מהמים שלפניה נדחפים קדימה ויוצרים מחסום שמפריע לה להמשיך הלאה. בדיוק כמו שספינת מירוץ צריכה להתגבר על הגלים ולעלות עליהם כדי להמשיך הלאה, כך גם השחיין צריך להתגבר על הגל שלפניו כדי להתקדם.
חליפות השחייה האסורות
באולימפיאדת בייג'ינג בשנת 2008 שברו המתחרים 25 שיאי עולם בשחייה – גל השיאים המשמעותי ביותר בכל תחום ספורטיבי עד אז. רבים טוענים שהסיבה לכך טמונה בשימוש שנעשה בחליפות שחייה מיוחדות, שנתנו לספורטאים שלבשו אותן יתרון משמעותי. חליפות השחייה היו עשויות מפולימר בשם פוליאוריתן שהעניק לחליפה קשיחות מסוימת, שהקשתה על השחיינים ללבוש אותה אך העניקה לגופם צורה אווירודינמית יותר וכך עזרה להם לגבור על כוח הגרר של המים שמתנגד לתנועת הגוף ומאט אותו.
יש מספר השערות נוספות ליתרונותיה של החליפה, החל בשיפור זרימת המים סביב גופו של השחיין וכלה בציפה נוספת שעזרה לשחיינים לשמור את רגליהם מעל המים. תהיה הסיבה אשר תהיה, אחרי האולימפיאדה ההיא השימוש בחליפות השחייה הללו נאסר, והספורטאים נאלצו לחפש דרכים אחרות לשפר את ביצועיהם.
פה בדיוק נכנס לתמונה המדע. סטיבן טורנוק (Turnock) עסק במשך שנים רבות בעיצוב ספינות, אך בשנים האחרונות הוא מלמד את נבחרת השחייה של בריטניה איך לשחות טוב יותר. "מים זורמים סביב הגוף האנושי בדיוק כפי שהם זורמים סביב ספינה", הוא מסביר. "שחיין שיבין מהם הכוחות ההידרודינמיים שפועלים עליו בזמן השחייה יוכל לשחות טוב יותר".
טורנוק וצוות המעבדה שלו פיתחו כננת ניידת שנכרכת סביב גופו של השחיין ומושכת אותו דרך המים קצת יותר מהר מכפי שהוא שוחה בדרך כלל. בטכניקה הזו הם יכולים למדוד את הכוחות הפועלים על הכננת בזמן השחייה ולהעריך את השינוי בהתנגדות המים ובמהירות השחיין. החוקרים מצלמים את השחיין תוך כדי השחייה ויכולים לראות איך שינויים קלים בתנוחת החתירה או אפילו בצורת החבישה של כובע הים יכולים לשנות את זרימת המים סביבו ולהפחית את ההתנגדות שמופעלת על הכננת.
"אנחנו יכולים לבדוק את מה שהם עשו פחות או יותר ברגע שהשחיין יוצא מהבריכה", אומר טורנוק. כל המידעף לדבריו, מוזרם מיד בחזרה למאמנים ולספורטאים. בנוסף, טורנוק וצוותו מנסים להבין איך לשפר את יעילות החתירה של השחיינים גם באמצעות מודל ממוחשב של תנועת מערכת השלד והשרירים במהלך השחייה. "הסיבה לכך שהשימוש בחליפות נאסר היא שאנשים רוצים לראות את יכולותיו הגופניות של השחיין, ולא את יכולות הטכנולוגיה לייצר תנאים טובים יותר לשחייה", הוא מסכם.
השימוש בחליפות נאסר בינואר 2010, אך השיאים שנשברו באמצעותן לא בוטלו ונראה שרובם גם לא עומדים להישבר בשנים הקרובות. "כנראה נצטרך להתאזר בסבלנות עוד כמה וכמה שנים עד שזה יקרה", אומר טורנוק.
