Schwimmen

Grundprinzip und Bedeutung

Schwimmen bezeichnet sowohl das Schweben eines Körpers in einer Flüssigkeit als auch die Fortbewegung von Lebewesen im Wasser. Für Menschen ist es eine erlernbare Fähigkeit, eine verbreitete Freizeitbeschäftigung, ein Wettkampfsport und bei Rettungsschwimmern, Kampfschwimmern und Tauchern Teil der beruflichen Tätigkeit.

Ein Körper schwimmt nach dem archimedischen Prinzip, wenn er so tief eintaucht, dass die Masse der verdrängten Flüssigkeit seiner eigenen Masse entspricht. Wird dieser Ausgleich erst bei vollständigem Eintauchen erreicht, schwebt der Körper ohne Antrieb in der Flüssigkeit. Verdrängt ein untergetauchter Körper weniger Flüssigkeit, als seinem Gewicht entspricht, sinkt er. Große Hohlkörper können trotz der hohen Dichte ihres Materials genügend Flüssigkeit verdrängen. Deshalb schwimmen Stahl- und Betonschiffe, solange keine Flüssigkeit in ihre Hohlräume eindringt. Fische und U-Boote nutzen den Schwebezustand in der Flüssigkeit.

Kräfte und Vortrieb im Wasser

Schwimmender Vortrieb beruht vor allem auf Reaktionskraft, Wasserwiderstand und dynamischem Auftrieb. Drücken Hände, Arme, Beine oder Füße das Wasser von vorn nach hinten, wirkt nach Newtons Gegenwirkungsgesetz eine gleich große Kraft in Gegenrichtung auf den Körper: actio und reactio. Diese Reaktionskraft treibt ihn vorwärts. Der Wasserwiderstand und damit die nutzbare Reaktionskraft wachsen im Quadrat mit der Bewegungsgeschwindigkeit.

Beim Liftprinzip erzeugen Druckunterschiede an einem angeströmten Körper eine dynamische Auftriebskraft. Hält ein Schwimmer etwa beim Brustschwimmen die seitlich oder vertikal bewegte Hand in einem Anstellwinkel von 20 bis 30 Grad zur Strömung, kann diese Liftkraft zum Vortrieb beitragen.

Beim Schmetterlingsschwimmen lässt sich außerdem Bewegungsenergie aus selbst erzeugten, tonnenförmigen Wasserwirbeln zurückgewinnen. Beim abwärts gerichteten Delfinkick entstehen unter den Unterschenkeln Wirbel. Da sich der Schwimmer gleichzeitig vorwärts bewegt, kann er sich beim folgenden Aufwärtsschlag mit den Füßen an dem in Schwimmrichtung rotierenden Wasser abdrücken.

Schwimmweisen von Tieren

Sehr schlanke Fische wie Aale erzeugen paarweise auftretende Schlängelbewegungen. Deren Wellenlänge ist deutlich kürzer als die Rumpflänge; eine Schwanzflosse wird nicht benötigt. Bei anderen Fischen und bei Walen ist die Wellenlänge meist größer als die Körperlänge, weshalb eine Schwanzflosse erforderlich ist.

Nach der Darstellung des Artikels trägt die Schwanzflosse beim schnellen Schwimmen nicht unmittelbar zum Vortrieb bei, sondern dient der Steuerung und Richtungskontrolle. Der Vortrieb entsteht durch wechselnde Krümmungen des hinteren Rumpfes und die damit verbundene Verringerung des örtlichen statischen Drucks. Die dabei entstehende Querkraft wird durch die Schwanzflosse ausgeglichen. Schnelle Fische in turbulenter Strömung, etwa Thune und lamnide Haie, krümmen den Rumpf seitlich; ihre Caudalflosse, also Schwanzflosse, steht deshalb vertikal.

Wale und Delfine krümmen ihre Wirbelsäule auf und ab und besitzen eine horizontale Schwanzflosse. Diese effiziente Bewegung ermöglicht großen Walen Wanderungen über riesige Strecken. Kalmare, Octopoden, Nautilus und Sepien nutzen das Rückstoßprinzip. Manche Seevögel wie Lummen bewegen sich unter Wasser mit den Flügeln vorwärts.

Meeresschildkröten nutzen ihre zu „Flügeln“ umgestalteten Arme. Die Umströmung erzeugt eine hydrodynamische Kraft für den Vortrieb. Durch die Panzerform entsteht oben Unterdruck und unten Überdruck, sodass die Flossen das Körpergewicht nicht tragen müssen. Dies erklärt ihre Fähigkeit, Tausende Kilometer zurückzulegen. Andere Wirbeltiere, die nicht ständig im Wasser leben, erzeugen Vortrieb meist durch den Widerstand ihrer bewegten Gliedmaßen; diese paddel- oder ruderähnliche Bewegung ist weniger wirtschaftlich. Bei extrem schnellen Beinbewegungen können einzelne Tiere wie die Jesus-Christus-Echse sogar über die Wasseroberfläche laufen.

Schwimmtechnik des Menschen

Die menschliche Schwimmtechnik beruht auf den Newtonschen Gesetzen, der Hydrodynamik sowie der Bewegungs- und Trainingslehre. Entscheidend sind Auftrieb, Wasserwiderstand, Vortrieb, Wasserlage, Gleiten und die Koordination von Atmung und Bewegung.

Der menschliche Körper hat ungefähr die Dichte von Wasser, also 1,0 g/cm³. Seine typische spezifische Dichte beträgt bei eingeatmeter Luft durchschnittlich 0,94 bis 0,98 g/cm³ und nach dem Ausatmen 1,01 bis 1,07 g/cm³. Daher treiben die meisten Menschen nach tiefem Einatmen an der Oberfläche und sinken nach dem Ausatmen. Fettgewebe besitzt eine Dichte von etwa 0,94 kg/l gegenüber 1 kg/l bei Wasser, sodass ein hoher Körperfettanteil den Auftrieb verstärkt. Dennoch sinken manche Menschen auch mit gefüllter Lunge, während andere selbst ohne Luft in der Lunge oben bleiben.

Der statische Auftrieb hängt von der eingetauchten Körpermasse ab. Anfänger schwimmen leichter, wenn sie auch den Kopf ins Wasser legen. Volumenmittelpunkt, meist im Brustbereich, und Körperschwerpunkt, meist im Hüftbereich, bestimmen gemeinsam die Wasserlage. Ihr Abstand erzeugt ein Drehmoment, das bei vielen Menschen die Beine absinken lässt. Zum statischen Auftrieb tritt beim Gleiten und bei schräg angeströmten Händen oder Armflächen dynamischer Auftrieb hinzu.

Der Wasserwiderstand steigt mit der entgegenstehenden Körperfläche und quadratisch mit der Geschwindigkeit. Für den Vortrieb wird ein großer Widerstand genutzt, etwa durch geschlossene Finger beim Armzug. Bei rückführenden Bewegungen soll er klein sein, beispielsweise durch die Überwasserphase des Arms beim Kraulschwimmen. Eine gestreckte, möglichst waagerechte Lage mit dem Kopf im Wasser verringert den Widerstand. Im Unterricht wird dies durch Abstoßen vom Beckenrand und anschließendes Gleiten geübt.

Der Vortrieb stammt aus Muskelkraft; der größte Krafteinsatz soll dort erfolgen, wo er am wirksamsten ist. Unter Wasser ist die Fortbewegung günstiger als an der Oberfläche, weil kein Wellenwiderstand auftritt. An der Oberfläche muss das Körpergewicht annähernd durch Auftrieb ausgeglichen werden. Eine leichte Sinktendenz kann durch schräg nach oben gerichtete Schwimmbewegungen ausgeglichen werden.

Die Abstimmung von Atmung und Bewegung ist für Anfänger eine Sicherheitsfrage und bestimmt bei Fortgeschrittenen Ausdauer und Geschwindigkeit. Hohe Leistung ist nur möglich, wenn Sauerstoffzufuhr und Ausatmen zur Arbeit der Muskulatur passen.

Lernen, Sicherheit und Unterricht

Schwimmen muss erlernt werden; wer es nicht kann, wird als Nichtschwimmer bezeichnet. Gesunde Kinder können gewöhnlich ab etwa vier oder fünf Jahren schwimmen lernen, sofern sie keine ausgeprägte Scheu vor Wasser haben. Das sogenannte Babyschwimmen ab der sechsten Lebenswoche nutzt einen angeborenen Atemschutz- und Kriechreflex. Diese Reflexe verschwinden zwischen dem dritten und sechsten Lebensmonat, weshalb eine wirkliche Schwimmfähigkeit später neu erlernt werden muss.

Im Schulschwimmen beeinträchtigen knappe öffentliche Finanz- und Sachmittel teilweise ein flächendeckendes Angebot. In deutschsprachigen Ländern besteht kein allgemeines Recht, muslimische Kinder vom gemischtgeschlechtlichen Schwimmunterricht freistellen zu lassen. Das deutsche Bundesverwaltungsgericht und das schweizerische Bundesgericht bestätigten die Teilnahmeverpflichtung. In Österreich gehört Schwimmen zwingend zum Lehrplan, während die konkrete Organisation den Schulen überlassen bleibt. Das Bundesverwaltungsgericht hielt eine Teilnahme etwa im Burkini für zumutbar. Am 10. Januar 2017 bestätigte der Europäische Gerichtshof für Menschenrechte ein Urteil des schweizerischen Bundesgerichts von 2012 und damit auch eine Ordnungsbuße gegen einen Vater, der seine Töchter nicht am gemeinsamen Unterricht teilnehmen ließ.

In natürlichen Gewässern gelten besondere Gefahren und Verbote. In Deutschland ist Baden und Schwimmen 100 Meter oberhalb und unterhalb von Brücken verboten; auch an Wehren und Anlegestellen für Fahrgastschiffe besteht ein Schwimmverbot. In Baggerseen kann das Schwimmen wegen der Gefahren eingeschränkt oder vollständig untersagt sein.

Historische Entwicklung

Schwimmen ist seit prähistorischer Zeit bekannt. Als ältestes Zeugnis gilt ein tönerner Siegelzylinder aus dem 9. bis 4. Jahrtausend v. Chr., gefunden in der Höhle der Schwimmer nahe dem Wadi Sora in Ägypten. Schriftliche Nachweise reichen bis vor 2000 v. Chr. zurück. Eine Inschrift aus der Ersten Zwischenzeit Ägyptens berichtet, dass Königskinder und andere hochrangige Personen Schwimmen lernten.

Griechen und Römer kannten Schwimmlehrer sowie Hilfsmittel wie Binsengürtel, luftgefüllte Schläuche und Korkschwimmgürtel. Um 310 v. Chr. ist eine römische Militärschwimmschule belegt. In der römischen Kaiserzeit von 27 v. Chr. bis 476 n. Chr. entstanden größere Schwimmbecken in Thermen. Auch im mittelalterlichen Adel galt Schwimmen als ehrenhafte Fertigkeit; zu Beginn der Frühen Neuzeit gehörte es zur Erziehung gehobener Jugendlicher.

Das erste bekannte Schwimmlehrbuch erschien 1538: Nikolaus Wynmanns „Colymbetes sive de arte natandi dialogus“. Bedeutender wurde Everard Digbys „De arte natandi libri duo“ von 1587, das die Biomechanik des Schwimmens behandelte und bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts als fortschrittlichstes Schwimmbuch galt. Johann Christoph Friedrich Guts Muths begründete 1798 eine systematische Ausbildung, setzte aber stark auf Trockenübungen und Schwimmgürtel.

Ab 1810 wurde Schwimmen zunächst in Militärschwimmschulen als Massenunterricht vermittelt. Um 1925 löste Kurt Wießner (1894–1965) die deutsche Ausbildung von der mechanistischen Lehrweise: Er betonte Wassergewöhnung, gerätelosen Unterricht und Bewegungen von Anfang an im Wasser. Damit gilt er als Wegbereiter der modernen deutschen Schwimmausbildung, die mit Brustschwimmen beginnt.

Die evolutionsbiologische Wasseraffen-Theorie deutet einige Merkmale des anatomisch modernen Menschen als Anpassungen an eine teilweise wasserlebende Phase seiner Vorfahren. Diese Theorie konnte sich in Fachkreisen jedoch nie durchsetzen.