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Swimming hydrodynamics: New insights about drag and propulsion and their interaction into performance

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In Swimming, there are numerous factors that influence performance, where hydrodynamic effects play a key-role. Hydrodynamics in swimming include resistance forces (drag) and propulsive forces. Due to all its complexity, hydrodynamics is one of the most studied areas in swimming. Drag has been extensively studied in swimming. Therefore, the first objective was to better understand how resistive forces are measured with a focus on active drag since swimmers spend of the race swimming. There are experimental and numerical methods to measure or estimate drag. Of all the existing methods for measuring drag, there is no gold standard. Indeed, all studies that compared methods reached the same conclusion: they all measure the same phenomenon despite differences among them. This may occur due to the characteristics of each method. A secondary objective was to use an equipment that collects propulsive data and understand the relationship of propulsive force with other swimming determinants. This is an equipment that is simple to use and understand, with the possibility of being used in a training context. It consists in a wireless sensor that also provides the trajectory of the hand. This way, it was possible to understand at what point of the arm-pull swimmers generate greater forces. All this information is acquired in real time through a mobile application that transmits the swimmers' outputs. In this study, swimming speed, propulsive force and other kinematic and kinetic variables did not change significantly (p < 0.05) between sections (only the intracyclic fluctuation of swimming speed decreased significantly, p = 0.005). Realizing that swimming speed was determined by the interaction of kinematic and kinetic variables, specifically by propulsive force and active drag coefficient. The third objective was to understand and explain the relevance of using the drag coefficient in hydrodynamic studies. Seeking to improve the efficiency and performance of swimmers, allowing the identification of areas for improvement in swimming technique and the development of more effective training strategies. The drag coefficient can be calculated based on the value of force, obtained by both drag and propulsion, providing a crucial measure to understand and optimize the interaction between the swimmer and the water during swimming. It is possible to see that swimmers have a greater active drag coefficient than the passive one, but with a strong agreement between them. Greater active than passive drag can probably be due to the larger frontal surface area during active conditions. Active coefficient data appears to be a more absolute indicator of drag for determining a hydrodynamic profile. Better than studying isolated cases of propulsion or drag.
Na Natação existem inúmeros fatores que influenciam o desempenho, onde os efeitos hidrodinâmicos desempenham um papel fundamental. A hidrodinâmica na natação inclui forças de resistência (arrasto) e forças propulsivas. Apesar de toda a sua complexidade, a hidrodinâmica é uma das áreas mais estudadas na natação. O arrasto foi extensivamente estudado na natação. Portanto, o primeiro objetivo foi entender melhor como as forças resistivas são medidas com foco no arrasto ativo, uma vez que os nadadores passam a maior parte da prova a nadar. Existem métodos experimentais e numéricos para medir ou estimar o arrasto. De todos os métodos existentes para medir o arrasto, não existe um gold-standard. Na verdade, todos os estudos que compararam métodos chegaram à mesma conclusão: todos medem o mesmo fenómeno, apesar das diferenças entre eles. Isso pode ocorrer devido às características de cada método. Um objetivo secundário foi utilizar um equipamento que coletasse dados propulsivos e entendesse a relação da força propulsiva com outros determinantes da natação. Trata-se de um equipamento de simples utilização e compreensão, com possibilidade de utilização em contexto de treino. Consiste num sensor sem fios que também fornece a trajetória da mão. Dessa forma, foi possível entender em que ponto da puxada de braço (braçada) os nadadores geram maiores forças. Toda esta informação é adquirida em tempo real através de uma aplicação móvel que transmite os resultados dos nadadores. Neste estudo, a velocidade de nado, a força propulsiva e outras variáveis cinemáticas e cinéticas não se alteraram significativamente (p < 0,05) entre as seções (apenas a flutuação intracíclica da velocidade de nado diminuiu significativamente, p = 0,005). Percebendo que a velocidade da natação foi determinada pela interação de variáveis cinemáticas e cinéticas, especificamente pela força propulsiva e coeficiente de arrasto ativo. O terceiro objetivo foi compreender e explicar a relevância da utilização do coeficiente de arrasto em estudos hidrodinâmicos. De forma a melhorar a eficiência e o desempenho dos nadadores, permitindo a identificação de áreas de melhoria na técnica de natação e o desenvolvimento de estratégias de treino mais eficazes. O coeficiente de arrasto pode ser calculado com base no valor da força, obtido tanto pelo arrasto quanto pela propulsão, fornecendo uma medida crucial para compreender e otimizar a interação entre o nadador e a água durante a natação. É possível perceber que os nadadores possuem um coeficiente de arrasto ativo maior que o passivo, mas com forte concordância entre eles. Um maior arrasto ativo do que passivo provavelmente pode ser devido à maior área de superfície frontal durante condições ativas. Os dados do coeficiente ativo parecem ser um indicador mais absoluto de arrasto para determinar um perfil hidrodinâmico. Melhor do que estudar casos isolados de propulsão ou arrasto.

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Forças resistivas Forças propulsivas Deslocamento Biomecânica Crol Natação Métodos experimentais Métodos numéricos Biomechanics Experimental methods Swimming

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