Schwimmen

Schwimmen bezeichnet das Schweben eines Körpers in einer Flüssigkeit und die Fortbewegung von Lebewesen im Wasser.

Etymologie Das altgermanische starke Verb (mhd. swimmen, ahd. swimman) bildet mit seinem westgermanischen Veranlassungswort schwemmen eine Wortgruppe, deren außergermanische Beziehungen nicht geklärt sind. Die Hauptbedeutung „sich im Wasser fortbewegen“ gilt von Anfang an, und zwar ursprünglich nur vom Menschen. Die Bedeutungen „ineinanderfließen“ und „undeutlich werden“ kommen im 18. Jahrhundert auf. Siehe auch DWDS („schwimmen“) und

Schwimmen als physikalischer Effekt Ein so genannter Schwimmkörper verbleibt auf der Oberfläche einer Flüssigkeit, indem er (mit seinem eingetauchten Körper) so viel von ihr verdrängt wie er wiegt (archimedisches Prinzip). Ein schwimmender Körper taucht also so tief ein, bis die Masse des von ihm verdrängten Flüssigkeitsvolumens seiner eigenen Masse entspricht. Ist dies der Fall, wenn der Körper vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht ist, dann schwebt der Körper in der Flüssigkeit, ohne dass er dazu einen Antrieb benötigt. Dies wird von Fischen und U-Booten genutzt. Verdrängt ein untergetauchter Körper weniger Flüssigkeit als er selbst wiegt, dann sinkt er zum Boden der Flüssigkeit.

Schwimmende Körper, die als hinreichend große Hohlform ausgeführt sind, können trotz größeren spezifischen Gewichts soviel Flüssigkeit verdrängen, dass sie im schwimmenden Zustand verbleiben (solange die Flüssigkeit nicht in den Hohlraum eindringt). Aus diesem Grund schwimmen sowohl Stahlschiffe als auch Betonschiffe, obwohl Stahl und Beton eine deutlich größere Dichte als Wasser haben.

Schwimmen als Fortbewegungsart Prinzip

Widerstand Erzeugen Extremitäten wie Hände, Arme, Beine oder Füße durch aktive Bewegung eine gerichtete Kraft im Wasser, tritt als direkte Folge eine gleich große Reaktionskraft in Gegenrichtung auf, entsprechend dem Gegenwirkungsgesetz von Newton (actio - reactio). Die Kraft wird prinzipiell entgegen der Schwimmrichtung von vorne nach hinten erzeugt, und ihre Stärke und damit die Stärke der Reaktionskraft hängen von der Größe des Wasserwiderstands ab. Dieser wächst im Quadrat mit der Geschwindigkeit der ausgeführten Bewegungen. Somit ist es die Reaktionskraft, die den Körper in Schwimmrichtung vorantreibt.Widerstandserzeugung; Das Liftprinzip In: Hahn/Hahn Aquatraining. Meyer & Meyer Verlag, ISBN 978-3-89899138-4, S. 18, 19

Liftprinzip Eine weitere Kraft entsteht durch die Druckdifferenzen an einem angeströmten Körper wie zum Beispiel der Hand beim Brustschwimmen. Das Prinzip des dynamischen Auftriebs wird hier als vortriebswirksame Liftkraft genutzt. Während der Armzugphasen, in denen die Hand seitlich oder nach oben und unten von der Schwimmrichtung abweicht, bildet sie gegenüber der Anströmung einen definierten Anstellwinkel. Liegt dieser Winkel zwischen 20 und 30 Grad, entsteht eine weitere, in diesem Fall als Vortrieb wirkende Auftriebskraft.

Bewegungsenergie zurückgewinnen Schwimmer haben die Möglichkeit zum Beispiel beim Schmetterlingsschwimmen Bewegungsenergie von selbst erzeugten, tonnenförmigen Wasserwirbeln zurückzugewinnen. Hierfür drückt sich der Schwimmer an der Vortexstruktur eines Wirbels ab. Solche Wirbel bilden sich beim abwärts geführten Delfinkick unter den Unterschenkeln der Schwimmer aus. Da sich der Schwimmer währenddessen vorwärts bewegt, kann er sich mit dem folgenden Aufwärtsschlag mit den Füßen von dem in Schwimmrichtung rotierenden Wasserwirbel abdrücken.

Fische Bei der eigentlichen schwimmenden Fortbewegung führen sehr schlanke Schwimmer, wie etwa Aale, eine Schlängelbewegung aus, wobei die Kurven der Rumpfkrümmung stets paarweise auftreten. Die Wellenlänge der Bewegung ist dabei erheblich kürzer als die Rumpflänge. Sie besitzen keine Schwanzflosse, da sie nicht benötigt wird. Auch andere Fische führen eine Schlängelbewegung aus, doch ist die Wellenlänge meistens größer als die Körperlänge, was eine Schwanzflosse erforderlich macht (dasselbe gilt für Wale).

Entgegen früheren Vorstellungen leistet beim schnellen Schwimmen die Schwanzflosse keinerlei Beitrag zum Vortrieb. Sie dient allein der Richtungskontrolle und Steuerung. Der Vortrieb wird allein durch alternierende Krümmung des hinteren Rumpfteils und die dabei auf der jeweils konvexen Seite durch Reduzierung des örtlichen statischen Drucks auftretende Beschleunigung des angrenzenden Wassers bewirkt. Dabei tritt nur eine quer zur Bewegungsrichtung wirkende Kraft auf, die durch eine kompensierende Querkraft an der Schwanzflosse ausgeglichen werden muss. Der große Vorteil dieser Schwimmbewegung besteht darin, dass in Strömungsrichtung keine Kraft erzeugt werden muss.

Bei schnellen Fischen im turbulenten Strömungsbereich, wie Thunen und lamniden Haien, erfolgt die Bewegung durch seitliche Krümmung des Rumpfes. Deshalb steht die große Caudalflosse vertikal.

Genaueres im Artikel Flosse, Abschnitt Schwimmweisen der Fische.

Andere Lebewesen mini|Schwimmende Kröte

Bei Walen und Delfinen wird die Wirbelsäule auf und ab gekrümmt, dementsprechend steht die Schwanzflosse dieser Meeressäuger horizontal. Die Bewegung der Wirbelsäule in dieser Richtung entspricht der von Säugetieren, die sich an Land rennend fortbewegen. Sie ist ebenfalls sehr effizient und erlaubt beispielsweise den großen Walen ihre Wanderungen über riesige Strecken.

Kalmare, Octopoden, Nautilus oder Sepien benutzen das Rückstoßprinzip zum Vortrieb. Robben nutzen verschiedene Techniken. Manche Seevögel, wie etwa Lummen, benutzen auch unter Wasser ihre Flügel zum Vortrieb.

Meeresschildkröten benutzen die zu „Flügeln“ umgestalteten Arme zur Fortbewegung. Bei ihnen wird die bei der Umströmung der Flügel auftretende Kraft, ähnlich wie die Auftriebskraft bei Vögeln, zur Vortriebserzeugung benutzt. Die Flügel erzeugen hydrodynamisch diese Kraft. Bei Wirbeltieren, die nicht dauernd im Wasser leben, wird demgegenüber der Vortrieb durch den hydrodynamischen Widerstand der bewegten Extremitäten erzeugt. Diese Bewegungsform ähnelt dem Paddeln und Rudern und ist erheblich unwirtschaftlicher. Durch die Form des Panzers bei den Meeresschildkröten mit der Verdickung an der Oberseite entsteht bei der Vorwärtsbewegung im Wasser über der Oberseite ein Unterdruck, während sich an der Unterseite ein Überdruck einstellt. Damit entfällt die Notwendigkeit das Körpergewicht zu tragen, die Flossen erzeugen nur den Vortrieb. Das erklärt die Fähigkeit, Tausende von Kilometern Strecke zu bewältigen.

Auch der Mensch bewegt seine Gliedmaßen in einer Weise, die den Widerstand zur Krafterzeugung benutzt, wie etwa der nebenstehend beim Schwimmen gezeigte Frosch. Diese Art der Fortbewegung ist allerdings weniger effizient. Es haben sich relativ effiziente Arten von Schwimmbewegungen herausgebildet, die vor allem im Schwimmsport als Schwimmarten oder Schwimmtechniken bekannt geworden sind. Die Fortbewegung unter Wasser ist günstiger als die an der Oberfläche, da dann der Wellenwiderstand nicht auftritt. Das Schwimmen an der Oberfläche erfordert aber in jedem Fall, dass die Bedingung des Gewichtsausgleichs zumindest annähernd erfüllt ist. Eine geringfügige Tendenz zum Absinken bzw. Untergehen kann dadurch ausgeglichen werden, dass die Schwimmbewegungen nicht nur horizontal, sondern auch gegen das Absinken schräg nach „oben“ gerichtet werden.

mini|Auf dem Wasser gehende Pferdebremse (Tabanus sudeticus) an einem Teich in Frankenfels, Österreich

Im Extremfall kann ein Lebewesen mit sehr schnellen Beinbewegungen auch „auf dem Wasser wandeln“, wie das Beispiel der Jesus-Christus-Echse zeigt.

Schwimmen beim Menschen Verbreitung

mini|Verbotszeichen an einem Wehr

Schwimmen ist für den Menschen eine beliebte Freizeitbeschäftigung in natürlichen Gewässern wie Meeren, Seen und Flüssen sowie auch speziell dafür gebauten Schwimmbädern und Swimmingpools. Zum Umfeld des Schwimmens gehört auch das lustvolle Baden und das Planschen im Wasser. Das Schwimmen muss erlernt werden, besonders die Beherrschung einzelner Schwimmtechniken. Menschen, die nicht schwimmen können, nennt man Nichtschwimmer.

In Baggerseen kann das Schwimmen eingeschränkt oder wegen der Gefahren verboten sein.Baderegeln – badegewaesser.nrw.de, abgerufen am 6. August 2019. Das Baden und Schwimmen 100 Meter ober- und unterhalb von Brücken ist in Deutschland verboten; ebenso gibt es ein Schwimmverbot an Wehren und an Schiffsanlegestellen für Fahrgastschiffe.§ 8.10 Bade- und Schwimmverbot, ELWIS, Stand 31. Mai 2014, abgerufen am 6. August 2019.

Für einige Menschen gehört das Schwimmen zur beruflichen Tätigkeit, wie etwa für Rettungsschwimmer, Kampfschwimmer und Taucher. Schwimmen wird auch als Wettkampfsport betrieben.

Elemente des Schwimmens Naturgesetze Die Grundlagen sind die Gesetze von Newton (Aktion und Reaktion), die Hydrodynamik, die Bewegungs- und Trainingslehre.

mini|Unter Wasser nach dem Sprung mini|Brustschwimmen

Dynamischer und Statischer Auftrieb mini|hochkant=1.2|Im stark salzhaltigen Toten Meer schwebt ein menschlicher Körper auch ohne Schwimmbewegungen

Der Statische Auftrieb ist abhängig von der ins Wasser eingetauchten Körpermasse. Je weniger Masse eingetaucht ist, desto mehr muss der Auftrieb beim Schwimmen durch Muskelkraft erfolgen. Der Schwimm-Anfänger schwimmt daher viel leichter, wenn er auch den Kopf ins Wasser legt. Der menschliche Körper hat etwa die gleiche Dichte wie Wasser (1,0 g/cm³). Die typische spezifische Dichte des Körpers beträgt eingeatmet durchschnittlich 0,94 bis 0,98 g/cm³ und ausgeatmet 1,01 bis 1,07 g/cm³. Das führt dazu, dass die meisten Menschen an der Wasseroberfläche treiben, wenn sie tief eingeatmet haben und absinken, wenn sie ausatmen.

Körperbau und Fettverteilung erzeugen eine unterschiedliche Auftriebsverteilung. Das Verhältnis von Muskulatur, Knochen- und Fettgewebe definiert die individuelle Dichte eines Menschen und beim Treiben damit die Wasserlage, die vom Volumenmittelpunkt im Brustkorbbereich und dem Körperschwerpunkt im Hüftbereich bestimmt wird. Der Abstand zwischen beiden Punkten bestimmt das Drehmoment aus der horizontalen Lage, was bei den meisten Menschen zum Absinken der Beine und zum Erreichen einer stabilen Lage führt, sobald sich der Körperschwerpunkt unter dem Volumenmittelpunkt befindet.

Menschen mit einem hohen Körperfettanteil erleben mehr Auftrieb, weil das Fettgewebe eine Dichte von etwa 0,94 kg/l hat, und damit etwas unter dem Wert des Wassers liegt (1 kg/l). Manche Menschen sinken auch, wenn sie vollständig eingeatmet haben, andere können auch ohne Luft in der Lunge an der Wasseroberfläche treiben (siehe auch: Physik und Physiologie des Toten Mannes).

Zum Statischen Auftrieb wie beim Treiben kommt beim Schwimmen der Dynamische Auftrieb hinzu: Bewegte Flächen oder Körper erfahren in ihrer Bewegungsrichtung dynamischen Auftrieb, wenn sie in einem entsprechenden Anstellwinkel zur Strömung stehen, so zum Beispiel beim Gleiten eines menschlichen Körpers durch das Wasser.Biomechanische Grundlagen. In: Schwimmen unterrichten / Grundwissen, Praxisbausteine. Bayerische Landesstelle für den Schulsport, Auer Verlag, ISBN 978-3-403-04403-1, S. 32–33

Weiterer dynamischer Auftrieb entsteht auch an seitwärts geführten Händen und Armflächen, wie sie darum in den Bewegungsmustern aller Schwimmarten angelegt sind. Arm- und Handbewegungen erfolgen prinzipiell nicht in exakt gerader Linie gegen die Schwimmrichtung, sondern immer auch „quer“ dazu, um damit zusätzlichen dynamischen Auftrieb erzeugen zu können.

Wasserwiderstand