Freiberger Ingenieure geben Schwimmern Starthilfe

Nach dem Start oder der Wende schlängelten sich Sportler anderer Nationen wie Delphine durch das Wasser und schwammen so schon auf den ersten Bahnmetern der deutschen Konkurrenz davon. Doch warum ist gerade diese Fortbewegung im Wasser so effektiv? Und wie lässt sie sich noch verbessern?

Diesen Fragen gehen Ingenieure der TU Bergakademie Freiberg mit Sportwissenschaftlern aus Jena nach.

„Delphin-Kick“ nennt man diese Bewegung, bei der der gestreckte Körper des Schwimmers eine Art Wellenbewegung beschreibt. Mittlerweile nutzen die Sportler in allen Schwimmarten diese Technik, um bereits in der Tauchphase ihrer Konkurrenz zu enteilen. Um zu verstehen, wie dieser Vortrieb im Wasser funktioniert, ist die Sportwissenschaft auf das Wissen von Strömungsmechanikern angewiesen. „In den USA und Australien werden seit Jahren bereits strömungsmechanische Untersuchungen im Schwimmsport eingesetzt“, erklärt Prof. Christoph Brücker, Forscher am Freiberger Institut für Mechanik und Fluiddynamik. „In Deutschland besteht hier noch ein großer Nachholbedarf in Forschung und Förderung.“

An seinem Institut an der TU Bergakademie Freiberg wird seit September 2007 im Rahmen eines DFG-Schwerpunktprogramms „Strömungsbeeinflussung in der Natur und Technik“ der Delphin-Kick erforscht. Die Daten, die das Institut dabei auswertet, erhalten sie vom Olympiazentrum Heidelberg und dem Institut für Sportwissenschaften der Universität Jena unter der Leitung von Professor Blickhan. In Freiberg entstehen daraus Computermodelle, die die Bewegung des Wassers um den Schwimmer sichtbar machen. „Solche Strömungsberechnungen kennt man bereits von der Aerodynamik von Autos oder Tragflächen von Flugzeugen. Doch dort sind die Gegenstände, die man untersucht, in den meisten Fällen starr. Wir haben hier die Aufgaben, Strömungen an sich stark verformenden Geometrien zu berechnen“, beschreibt Prof. Brücker die Herausforderung.

In den ersten Rechnermodellen schlängelt sich noch ein stark vereinfachter Schwimmer über den Monitor. Und doch ermöglicht die zunächst zweidimensionale Darstellung wichtige Erkenntnisse über die Geschehnisse im Wasser. Rote, rotierende Kreise in der Computeranimation zeigen die Verwirbelungen im Wasser an, die entlang des Schwimmers entstehen. So bilden sich beispielsweise an den Armen und am Kopf kleine Wirbel, die immer stärker werden, bevor sie plötzlich abreißen. Ebenso an den Knien und Füßen. Lange bleiben sie noch im Wasser aktiv. Der Schwimmer scheint sich an ihnen bei seiner Fortbewegung regelrecht abzustoßen. „Diese Wirbel können, wie bei einer Tragfläche eines Flugzeugs, einen Auftrieb erzeugen“, erklärt Prof. Brücker. „Wir wissen aber auch von Untersuchungen bei Fischen, dass sie diese Wirbel nutzen und sich von ihnen im Wasser quasi abdrücken.“

Mithilfe der Berechnungen lassen sich erste Anhaltspunkte ermitteln, wie die Schwimmer diese Wirbel optimal für ihren Vortrieb nutzen können. Der nächste Schritt der Freiberger Wissenschaftler wird die Entwicklung eines dreidimensionalen Computermodells sein. Dann können die deutschen Schwimmer bei der Olympiade 2012 vielleicht mit diesen Forschungsergebnissen der Konkurrenz wie ein Fisch davonschwimmen.