Computer and computational analisys of the biomechanics of swimming

Abstract

The article deals with the issues of computer and computational modeling and analysis of the biomechanics of one of the most technically complex sports - swimming. Computer and computational modeling is currently an impotent part of various scientific researches. Such modeling in many cases allows either to replace full-scale experiments or to determine their rational parameters, thereby accelerating research. Computational modeling and simulation is widely used in the study of movement in various sports, which belongs to a wide class of biomechanical problems. Here, the use of computer calculations makes it possible to determine the rational parameters of an athlete's sports actions, which lead to higher sports results. It should be noted that the accuracy and reliability of computational modeling in the biomechanics of sports depend on the degree of approximation of computational schemes and models to reality. The creation of design schemes and models is impossible without the use of the results of field measurements. Based on the analysis of existing sources of information, an approach was formulated to create design schemes for studying the movement of an athleteswimmer along the distance. The systems of differential equations of motion for different stages of the distance are presented. For computer modeling, the KiDyM software package is applied, which uses the relations of the computer algebra system to construct differential equations of complex mechanical systems motion. The analysis of the presented and similar graphical information allows determining the rational values of certain parameters of the athlete-swimmer's sports actions, which allow achieving high sports results. This information allows us to adjust the technique of a particular athlete, taking into account the characteristics of his anatomy and physiology. Similar computational studies based on computer simulations can be performed for other technically complex sports.

У статті розглядаються питання комп’ютерного та обчислювального моделювання та аналізу біомеханіки одного з найбільш технічно складних видів спорту – плавання. Комп'ютерне та обчислювальне моделювання на сьогоднішній день є безсилою частиною різноманітних наукових досліджень. Таке моделювання в багатьох випадках дозволяє або замінити натурні експерименти, або визначити їх раціональні параметри, тим самим прискорюючи дослідження. Обчислювальне моделювання та імітація широко використовується при дослідженні руху в різних видах спорту, що відноситься до широкого класу біомеханічних задач. Тут використання комп’ютерних розрахунків дає змогу визначити раціональні параметри спортивних дій спортсмена, які призводять до вищих спортивних результатів. Слід зазначити, що точність і достовірність обчислювального моделювання в біомеханіці спорту залежить від ступеня наближення обчислювальних схем і моделей до реальності. Створення розрахункових схем і моделей неможливе без використання результатів натурних вимірювань. На основі аналізу наявних джерел інформації сформульовано підхід до створення проектних схем для дослідження переміщення спортсмена-плавця по дистанції. Наведено системи диференціальних рівнянь руху для різних етапів дистанції. Для комп’ютерного моделювання використовується програмний комплекс KiDyM, який використовує співвідношення системи комп’ютерної алгебри для побудови диференціальних рівнянь руху складних механічних систем. Аналіз представленої та аналогічної графічної інформації дозволяє визначити раціональні значення окремих параметрів спортивних дійспортсмена-плавця, які дозволяють досягти високих спортивних результатів. Ця інформація дозволяє коригувати техніку конкретного спортсмена, враховуючи особливості його анатомії та фізіології. Подібні обчислювальні дослідження на основі комп’ютерного моделювання можна проводити для інших технічно складних видів спорту.