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VL Bewegungswissenschaft 4 . Die biomechanische Betrachtungsweise

VL Bewegungswissenschaft 4 . Die biomechanische Betrachtungsweise. Programm. 1. Biomechanik als Disziplin 2. Kinematik in Beispielen 3. Dynamik in Beispielen 4. Biomechanische Prinzipien 5. Bilanz. Biomechanik. Definition.

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VL Bewegungswissenschaft 4 . Die biomechanische Betrachtungsweise

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Presentation Transcript

  1. VL Bewegungswissenschaft4. Die biomechanische Betrachtungsweise

  2. Programm • 1. Biomechanik als Disziplin • 2. Kinematik in Beispielen • 3. Dynamik in Beispielen • 4. Biomechanische Prinzipien • 5. Bilanz

  3. Biomechanik

  4. Definition • Biomechanikuntersucht die Erscheinung und Ursachen von Bewegungen biologischer Systeme aus mechanischer Perspektive • Gegenstandder Biomechanik des Sports sind sportliche Bewegungen • Aufgaben1. Quantitative Beschreibung der Erscheinungen von Bewegungen und ihre 2. Erklärung durch die Zurückführung auf mechanische Ursachen

  5. Kraftstoß Das „Bio“ in Biomechanik • Mechanik • liefert deterministische physikalische Gesetze über die Beziehung von Masse, Kraft und Geschwindigkeit. Beispiel Kugel: Anwendung auf eine sportliche Bewegung (bspw. Weitsprung)

  6. Das „Bio“ in Biomechanik • … aber biologische Systeme sind nicht so „einfach“ (Knochen, Wabbelmassen, Wechselwirkungen, …) -> • Biomechanik erlaubt keine deterministischen, sondern nur stochastische Aussagen • Eher philosophische Frage: Ist das ein grundsätzliches oder vorübergehendes Problem?

  7. Anwendungsfelder • Leistungsbiomechanik • Technikanalysen • Konditionsdiagnostik • Anthropometrische Biomechanik • Körpermodelle • Eignung für Sportarten • Präventive Biomechanik • Erfassung mechanischer Belastungen • Minimierung durch Modifikation von Bewegungen oder Material • Biomechanische Modellbildung • Erklärung von Bewegungen • Simulation

  8. Biomechanische Teilgebiete • KinematikBeschreibung des räumlich-zeitlichen Ablaufes von Bewegungen durch • Translationen = fortschreitende Bewegungen • Rotationen = Bewegung um eine Drehachse • DynamikBeschreibung des Zusammenhang zwischen Kräften und Bewegungen • Statik = Ruhezustand (Gleichgewicht von Kräften) • Kinetik = Bewegung (Ungleichgewicht von Kräften)

  9. KinematischeMerkmale DynamischeMerkmale Biomechanische Beschreibungsgrößen • Translatorische • Merkmale • Position (Weg, Länge, Lage) • Zeit • Geschwindigkeit • Beschleunigung • Rotatorische • Merkmale • Winkel • Zeit • Winkelge-schwindigkeit • Winkelbeschleu-nigung • Translatorische • Merkmale • Masse • Impuls • Kraft • Kraftstoß • Arbeit • Energie • Leistung • Rotatorische • Merkmale • Massenträgheitsmoment • Drehimpuls • Drehmoment • Drehmoment-stoß

  10. Kinematik

  11. Kinematische translatorische Merkmale • Merkmal • Einheit • Golfbeispiel • Position, Lage, Länge • Meter [m] • Haltung im Setup, Schlaglänge • Geschwindigkeit (v) • Meter pro Sekunde [m/s] • Schlägerkopf im Impact • Beschleunigung (a) • Meter pro Sekunde2 [m/s2] • Schlägerkopf im Abschwung • Zeit(t) • Sekunde [s] • Relation Auf- /Abschwung • Frequenz • (v) • Sekunde-1 [1/s] • Spin des Golfballes

  12. a v s • Gleichförmige Bewegung 0 t t t a v s • Gleichmäßigbeschleunigte Bewegung 0 t t t a v s • Gleichmäßigverzögerte Bewegung 0 t t t Kinematische translatorische Merkmale • Zusammenhang • Weg-Zeit-Geschwindigkeit-Beschleunigung

  13. Maximalgeschwindigkeit Geschwindigkeitsverlust Anfangsbeschleunigung Reaktionszeit/Latenzzeit Beispiel: 100m-Lauf v 0 100 m

  14. Haltungsmerkmale (Golf) Pro Proette

  15. Schlaglängen (Golf) Schlaglängen von Durchschnittsgolfern pro Schläger

  16. Geschwindigkeitsmerkmale (Golf)

  17. Kinematische rotatorische Merkmale • Merkmal • Einheit • Golfbeispiel • Winkel • () • Grad [°] • Loft, Verwringung • Winkelge-schwindigkeit () • Grad pro Sekunde • [°/s] • Schwungbahn • Winkelbe-schleunigung (a) • Grad pro Sekunde2 • [°/s2]: • Schwungbahn

  18. Winkel (Golf) • Gliedmaßen und Schläger

  19. Winkel (Golf) • Verwringung Oberkörper (qualitativ)  90 VorspannungRumpf 0 Hüftwinkel Schulterwinkel t Impact

  20. Winkel (Golf) • Verwringung Oberkörper (quantitativ)

  21. Winkelgeschw./beschl. (Golf)

  22. Messmethoden der Kinematik • 3. (Hochfrequenz-) Videoaufnahmen • Digitalisierung • Rekonstruktion der räuml.-zeitl. Parameter

  23. Messmethoden der Kinematik • 4. Direkte Messungen • z.B. LAVEG, Laserentfernungsmesser • alle 0.01 s Abstand zum anvisierten Objekt

  24. Dynamik

  25. Dynamische translatorische Merkmale • Merkmal • Einheit • Golfbeispiel • Kilogramm[Kg] • Gewichtsverteilung beim Schwung • Masse (m) • Kraft (F) • Newton[N] • Impact • Kraftstoß (P) • Kraft * Zeit • [Ns] • Impact

  26. Dynamische translatorische Merkmale • Zusammenhang Masse-Kraft-Kraftstoß- Geschwindigkeit • Eine Masse übt durch die Gravitation eine Gewichtskraft auf den Boden aus. • Ein Kraftstoß ist ein Produkt einer Kraft F und der Zeit t ihrer Einwirkung auf einen Massenpunkt • Wirkt ein Kraftstoß auf eine Masse, so ändert sich ihre Geschwindigkeit

  27. Masse (Golf) • Gewichtsverteilung beim Golfschwung (Isobarendarstellung)

  28. Kraft und Kraftstoß (Vertikalsprung) • Sprunghöhe • Flugzeit • Absprungge-schwindigkeit

  29. Kraft und Kraftstoß (Golf) • Schlaglänge (Schräger Wurf)

  30. Rotatorische dynamische Merkmale • Merkmal • Einheit • Beispiel • Kilogramm * m² • Salto • Trägheitsmoment • Drehmoment • Newtonmeter • [Nm] • Halten einer Hantel Newtonmeter * s [Nm * s] Pirouette beim Eislaufen • Drehimpuls

  31. Messmethoden der Dynamik • Messung durch • Kraftmeßplattformen, Druckmesssohlen, Kraftaufnehmer, Beschleunigungsaufnehmer

  32. Die biomechanischen Prinzipien Hochmuth, 1974 (ergänzt durch Wiemann, 1984; Baumann, 1989)

  33. allgemeine Kenntnisse über das rationelleAusnutzen von mechanischen Gesetzen bei sportlichen Bewegungen Definition • Biomechanische Prinzipien sind… … aber keine allgemeingültigen Gesetze oder Vorschriften ! • Prinzip der Anfangskraft • Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges • Prinzip der optimalen Tendenz im Beschleunigungsverlauf • Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen • Prinzip der Impulserhaltung • Prinzip der Gegenwirkung

  34. 1. Prinzip der Anfangskraft „Eine Körperbewegung mit der eine hohe Endgeschwindigkeit erreicht werden soll,ist durch eine entgegengesetzte(Aushol-)Bewegung einzuleiten“ • Begründung • Zielbewegung beginnt auf höherem Kraftniveau, wenn die Ausholbewegung abgebremst wird -> Kraftimpuls wird größer

  35. t0 t1 t2 t3 t4 Squat Jump Anfangskraft (Beispiel Vertikalsprung) F t Counter Movement Jump

  36. 2. Optimaler Beschleunigungsweg „Das Erreichen einer maximalen Endgeschwindigkeit einer Bewegung hängt von der optimalen Länge und Geometrie des Beschleunigungsweges ab. • Länge • Optimal heißt: Maximierung des Kraftimpulses • Kurzer Weg –> Hohe Maximalkräfte, kurze Impulsdauer • Langer Weg -> Geringere Maximalkräfte, längere Impulsdauer • Geometrie • Optimal heißt: geradlinig (Kugelstoßen) oder stetig gekrümmt (Diskuswurf)

  37. 3. Opt. Tendenz Beschleunigungsverlauf Die optimale Tendenz im Beschleunigungsverlauf ist von dem Ziel der Bewegung abhängig • Beim Ziel hohe Endgeschwindigkeit • Größte Beschleunigungen am Ende der Strecke! • Beispiele: Kugelstoßen, Speerwerfen geringer Zeitverbrauch • größte Beschleunigung zu Beginn der Strecke! • Beispiele: Boxen, Fechten

  38. 4. Koordination von Teilimpulsen Die Geschwindigkeit des letzten Bewegers einer Bewegungskette wird maximal, wenn die Geschwindigkeitsmaxima der einzelnen Beweger sequenziell eintreten • Mechanik • Neuer Impuls, wenn vorheriger Beweger maximale Geschwindigkeit erzielt hat • Begründung: Teilimpulse sind unabhängig - resultierende Geschwindigkeit ist additiv • Biomechanik • Neuer Impuls kurz nach Maximum des Vorherigen! • Begründung: Teilimpulse sind nicht unabhängig. Abbremsen des vorherigen Bewegers verbessert die Beschleunigung des nächsten (Trägheitstiming, „Peitscheneffekt“)

  39. Koor. Teilimpulse (Beispiel Golfschwung) • „Peitscheneffekt“ durch Handgelenkseinsatz

  40. Biomechanische Prinzipien • Bilanz • Beschreibung der Optimalitätseigenschaften erfolgt qualitativ – keine quantitativen Aussagen • Nützlich um die Zweckmäßigkeit von Bewegungen zu bewerten • Keine Gesetze • Empirisch teilweise in Frage gestellt!

  41. Bilanz

  42. Biomechanische Betrachtungsweise • Objektive Erfassung des Außenbildes von Bewegungen • Kräfte sind keine „Ursachen“ im sportmethodischen Sinne • Ergebnisse müssen in die Praxis übersetzt werden (z.B. Morphologie) • Abhängigkeit von Messapparatur • Dilemma der Modellbildung • Entweder: einfach, abstrakt, mit wenig Erklärungsgehalt • Oder: mit viel Erklärungsgehalt, konkret, genau, dann sehr schwierig

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