Leistungsmessung beim Schwimmen am Seil

Ute S. · Anmeldungsdatum: 08.07.2020 Beiträge: 4

Meine Frage:
Für Radfahrer und Läufer gibt es Leistungsmessgeräte, anhand derer eine Auswertung der sportlichen Aktivitäten möglich ist, für Schwimmer noch nicht.

Wie kann man die Leistung eines Schwimmers berechnen, der gegen den Widerstand eines an der Wand befestigten Seils schwimmt, sich also quasi nicht von der Stelle bewegt?

Das Seil soll hinter dem Schwimmer und etwas oberhalb der Wasserlinie an der Wand befestigt sein und zu einem Bauchgurt führen, also in einem Winkel alpha zur Wasseroberfläche. Der Schwimmer soll gegen den Widerstand des Seils anschwimmen.
Zwischen Wand und Seil soll ein Kraftmesser bzw. eine Kofferwaage angebracht werden, um fortlaufend die vom Schwimmer ausgeübte Kraft zu messen.
Angenommen, der Schwimmer wiegt 70kg und übt im betrachteten Zeitraum (mehr oder weniger) konstant eine Kraft von 100N aus.

1) Welche Leistung erbringt er dabei?
2) Spielt der Winkel alpha eine Rolle?
3) Welchen Einfluss hat die Elastizität des Seils?

Meine Ideen:
zu 1) Das Problem ist natürlich, dass eine messbare Kraft ausgeübt wird, der Schwimmer selber aber keinen Weg zurücklegt. Arbeit wird sicher dennoch verrichtet, denn das Wasser wird ja in Bewegung versetzt. Nur ist die Wasserbewegung durch die komplizierten Strömungsverhältnisse in einem kleinen Pool nicht praktikabel messbar.
Welchen Ansatz könnte man also statt dessen wählen?

zu 2)
Je steiler der Winkel ist, desto stärker macht sich die Gewichtskraft des Seils bemerkbar. Bei einem schweren Seil müsste man also ggf. die Auslenkung des Kraftmessers in Ruhe von der Auslenkung unter Last abziehen. Bei einem leichten Seil und einem nicht allzu steilen Winkel kann man diesen Wert aber sicher vernachlässigen.
Wenn der Winkel alpha=0 wäre, würde der Schwimmer die volle Kraft in Schwimmrichtung ausüben. Er könnte das Wasser also schneller bewegen, käme also schneller voran, wenn er nicht festgebunden wäre. Für die erbrachte Leistung sollte es aber keine Rolle spielen. Oder irre ich mich?

zu 3) Bei der Verwendung eines elastischen Seils würde die Leistungskurve beim ersten Losschwimmen sicher anders aussehen, als bei einem starren Seil, aber die ersten Sekunden sollten sowieso nicht in die Trainingsauswertung einbezogen werden. Nach der Startphase müsste ein elastisches Seil die Leistungskurve nach meinem Verständnis einfach glätten, ohne dass in der Summe, also über einen längeren Zeitraum betrachtet, erhebliche Unterschiede im Vergleich zu einem starren Seil auftreten würden. Insofern würde ich die Elastizität/Federkraft nicht in die Rechnung einbeziehen. Die Analyse eines einzelnen Schwimmzugs (in welcher Phase wieviel Leistung erbracht wird) wäre dann allerdings schlechter möglich.

Über Hilfe würde ich mich sehr freuen!

Mathefix · Anmeldungsdatum: 05.08.2015 Beiträge: 5863 Wohnort: jwd

Wenn das Seil an einer Kofferwaage (Federwaage) angebracht ist, dann dehnt sich die Feder bis zur Maximalkraft F_f um den Betrag x_f.

Die durch den Schwimmer verrichtete Arbeit beträgt:

Wird die Zeit t gemessen, in der die Feder von x = 0 auf die Länge x = x_f gedehnt wird, beträgt die Leistung:

Die Kraft F_s, die der Schwimmer aufbringen muss, um die Federkraft F_f zu erzeugen, beträgt:

= Winkel des Seils zur Horizontalen.

Um den Schwimmer nicht allzu stark zu belasten, den Winkel klein halten.
Hängt aber auch vom Messbereich der Federwaage ab.

Die Elastizität bzw. Dehnung des Seils würde ich vernachlässigen, da sie gegenüber der Auslenkung der Feder gering ist.

Wenn Du möchtest, kann ich die Rechnung unter Berücksichtigung der Seildehnung machen.

Hinweis: Die berechnete Leistung ist die Effektivleistung des Schwimmers ohne Berücksichtigung seines "Wirkungsgrads".

Ute S. · Anmeldungsdatum: 08.07.2020 Beiträge: 4

Danke für die schnelle Antwort. Allerdings habe ich immer noch Fragen:

a) Die Kofferwaage arbeitet elektronisch, d.h. ohne sichtbare Ausdehnung. Wie kann ich in diesem Fall die Arbeit berechnen?
(Der Kauf einer mechanischen Kofferwaage wäre leider keine Lösung, da langfristig ja eine fortlaufende elektronische Datenerhebung gewünscht wird.)

b) Die erstmalige Dehnung der Feder von 0 auf die Maximallänge (bzw. Belastung der Kofferwaage bis zum maximalen "Gewicht") spielt für die Beurteilung der sportlichen Aktivität keine Rolle, da sie bereits durch das Abstoßen vom Boden beim Losschwimmen erreicht wird. Interessant wird es erst nach einigen Sekunden, wenn sich ein Gleichgewicht eingestellt hat, der Schwimmer also eine mehr oder weniger konstante Kraft auf das Seil ausübt. Wie komme ich da zu einer fortlaufenden Leistungsberechnung?

c) Genaugenommen weiß ich nicht, ob bei einem gleichmäßigen Schwimmen, das unangebunden einer gleichmäßigen Geschwindigkeit entsprechen würde, tatsächlich eine konstante Kraft auf das Seil ausgeübt wird, unsere Kofferwaage schaltet sich immer nach wenigen Sekunden ab. Ist es plausibel, dass die Kraft dabei gleich bleibt?

Mathefix · Anmeldungsdatum: 05.08.2015 Beiträge: 5863 Wohnort: jwd

Führe eine Anzahl Messungen mit dem elektronischen Kraftmessgerät durch und ermittle die durchschnittliche Kraft F_f.
Der Schwimmer soll die gleiche Anzahl von Bahnen mit der gleichen Kraftanstrengung frei schwimmen. Ermittle aus Strecke und Zeit die durchschnittliche Geschwindigkeit v.

Mittlere Leisteung:

Ute S. · Anmeldungsdatum: 08.07.2020 Beiträge: 4

Danke schön!

Ich glaube, damit kommt man dem gewünschten Ergebnis deutlich näher, auch wenn man das System dann wohl für jeden Schwimmer neu "eichen" müsste.

Da kann ich jedenfalls drauf aufbauen. Vielen Dank!

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3390

Hallo,

Ute S. · Anmeldungsdatum: 08.07.2020 Beiträge: 4