Der beste Weg für Wettkampfschwimmer, ihre Finger zu halten, besteht darin, sie leicht auseinander zu spreizen, damit sie das Wasser harken, so eine neue Studie.
Auf der Suche nach der Technik, die das schnellste Freestyle-Schwimmen ermöglichen könnte, deuteten frühere Untersuchungen darauf hin, dass Schwimmer ihre Effizienz verbessern könnten, indem sie ihre Finger auseinander spreizen. Vieles blieb jedoch ungewiss, wie dies funktionieren könnte und wie viel Schwimmer ihre Finger spreizen müssen, um davon zu profitieren.
Um dieses Rätsel zu lösen, untersuchten Fluiddynamiker sowohl virtuelle Modelle menschlicher Arme in Computersimulationen als auch 3D-gedruckte Modelle menschlicher Arme in Windkanalexperimenten. Sie analysierten die Kräfte, die diese Modelle auf fünf verschiedenen Ebenen der Fingerspreizung erlebten: Bei null Spreizungsgraden, bei denen alle Finger wie ein Paddel zusammengedrückt wurden, durch zunehmend größere 5-Grad-Intervalle bis zu 20 Grad Spreizung.
Die besten Ergebnisse wurden mit einer 10-Grad-Fingerverteilung sowohl in Computersimulationen als auch in Windkanalversuchen erzielt, sagten die Forscher.
Die Forscher erklärten, dass beim Ausbreiten der Finger etwas Wasser durch sie rutscht. Die resultierenden Turbulenzen können jedoch den Wasserfluss zwischen den Fingern begrenzen. Daher kann eine leichte Fingerspreizung die Oberfläche einer Hand effektiv vergrößern. Bis zu einem gewissen Punkt überwiegt der Nutzen dieser effektiven Oberflächenvergrößerung die Wirkung des Wasserverlusts zwischen den Fingern, sagte Studienmitautor Josje van Houwelingen, Schwimmfluiddynamiker an der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden.
In der Studie reduzierte sogar eine 5-Grad-Fingerausbreitung den Luftwiderstand der Arme in Computersimulationen um 2 Prozent und in Windkanalexperimenten um 5 Prozent.
"Die Verwendung einer optimalen Fingerverteilung könnte einen Wettbewerbsvorteil bringen", sagte van Houwelingen gegenüber Live Science.
Obwohl diese Effekte subtil sind, können sie bei Rennen zwischen Elite-Schwimmern einen großen Unterschied machen. "Wenn Sie ein Top-Schwimmer sind, kann dieser sehr kleine Effekt, nur wenige Prozent, den Unterschied zwischen einer Goldmedaille und keiner Medaille ausmachen", sagte van Houwelingen in einer Erklärung.
"Wir haben eine grobe und etwas übertriebene Schätzung für die mögliche Verbesserung des 50-Meter-Freistils abgegeben", sagte van Houwelingen. "Dies führte zu einer Verbesserung von 0,6 Sekunden." Im Gegensatz dazu stellte sie fest, dass der Zeitunterschied zwischen dem ersten und dem sechsten Platz beim 50-Meter-Freestyle-Finale der Frau bei den Olympischen Sommerspielen 2016 in Rio de Janeiro nur 0,12 Sekunden betrug.
Van Houwelingen bemerkte, dass sie selbst Schwimmerin war, und probierte die Rechen-Technik beim Schwimmen aus. Sie fand es schwierig, ihre Finger in konstantem Abstand voneinander zu halten, "aber da Elite-Schwimmer auch ihre Startposition bis zu 1 Grad optimieren können, können sie höchstwahrscheinlich auch etwas von diesem Wissen auf ihre Technik anwenden."
Die Forscher stellten fest, dass ihre Forschung Arme beinhaltete, die sich mit konstanten Geschwindigkeiten durch Flüssigkeiten etwas unrealistisch bewegten. Sie planen nun, 3D-gedruckte Arme in einen großen Wassertank zu legen und zu sehen, welche Kräfte sie erfahren, wenn sie mit einem Roboter realistischere Schwimmbewegungen ausführen.
Die Wissenschaftler erläuterten ihre Ergebnisse am Montag (21. November) auf der Jahrestagung der Abteilung für Fluiddynamik der American Physical Society in Portland, Oregon.
