VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise

1. VL Bewegungswissenschaft4. Die biomechanische Betrachtungsweise

2. Programm • Biomechanischer Ansatz • Kinematik in Beispielen • Dynamik in Beispielen • Die biomechanischen Prinzipien • Bilanz

3. Biomechanik

4. Definition • Biomechanikuntersucht die Strukturen und Funktionen biologischer Systeme aus mechanischer Perspektive • Gegenstandder Biomechanik des Sports sind sportliche Bewegungen • Aufgaben: Objektive, quantitative Beschreibung und Erklärung (i.S. Zurückführung auf mechanische Ursachen) der Phänomene

5. Das „Bio“ in Biomechanik • Mechanische Gesetzmäßigkeiten • Idealisierungen (Massepunkt, geometrische Flächen, Körperschwerpunkt, ...) • Deterministische Aussagen • aber ... • Biologische Systeme (Gewebe, Knochen, Muskeln, ...) • Ausdehnungen und Wechselwirkungen mit Umwelt • Komplexität und Dynamik • Grundsätzliches oder vorübergehendes Problem?

6. Biomechanische Teilgebiete • Kinematik: Beschreibung des räumlich-zeitlichen Ablaufes von Bewegungen, z.B. durch Weg, Zeit, Winkel, Geschwindigkeit. • Dynamik:Lehre von den Kräften und ihren Wirkungen auf Körper: Kräfte, Impulse, Momente

7. KinematischeMerkmale Zeit-merkmale DynamischeMerkmale • Transla-torische Merkmale: • Länge • Geschwin-digkeit • Beschleu-nigung • Rota-torische Merkmale: • Winkel • Winkelge-schwindigk. • Winkelbe-schleunigg. • Zeiten • Teilzeiten • Frequenzen • Transla-torische Merkmale: • Masse • Impuls • Kraft • Kraftstoß • Arbeit • Energie • Leistung • Rota-torische Merkmale: • Massenträg-heitsmoment • Drehimpuls • Dreh-moment • Dreh-momentstoß Biomechanische Beschreibungsgrößen Biomechanische Beschreibungsgrößen

8. Kinematik

9. Translatorische Merkmale • Merkmal • Einheit • Golfbeispiel • Länge • Meter [m] • Schlaglänge • Lage • Meter [m] • Haltung im Setup • Geschwindigkeit • v = Meter pro Sekunde [m/s] • Schlägerkopf im Impact • Beschleunigung • a = Meter pro Sekunde*2 [m/s2] • Schlägerkopf im Abschwung

10. Lagemerkmale Golf Pro Proette

11. Geschwindigkeitsmerkmale Golf

12. Zeitmerkmale • Merkmal • Einheit • Golfbeispiel • Zeit • Sekunde [s] • Relation Auf- /Abschwung • Frequenz • Sekunde-1 [1/s] • Spin des Golfballes

13. Zeitmerkmale Golf

14. Winkelmerkmale • Merkmal • Einheit • Golfbeispiel • Winkel •  [°] • Verwringung • Winkel-geschwindigkeit •  =/t [°/s] • Schwungbahn • Winkel-beschleunigung • a =  /t [m/s2]: • Schwungbahn

15. Winkelmerkmale Golf

16. Verwringung Golf qual.  90 VorspannungRumpf 0 Hüftwinkel Schulterwinkel t Impact

17. Verwringung quant.

18. Winkelgeschw./beschl. Golf

19. Messmethoden der Kinematik • 1. (Hochfrequenz-) Videoaufnahmen • Digitalisierung • Rekonstruktion der räuml.-zeitl. Parameter • 2. Direkte Messungen • z.B. LAVEG, Laserentfernungsmesser • alle 0.01 s Abstand zum anvisierten Objekt

20. Illustration Kinematik

21. Dynamik

22. Dynamische Merkmale • Merkmal • Einheit • Golfbeispiel • Kraft • F [N] • Verteilung der Gewichtskraft • Kraftstoß • F *t[Ns] • Impact • Impulsänderung • m* v [Ns] • Impact

23. Dynamik des Impacts • Kraftstoß • Kraftmaximum während Kontakt: F=9000N • Kontaktzeit: t=0.0005s • Impulsänderung • Masse des Golfballs: m=46g • Geschwindigkeitsänderung: v = 200km/h

24. Messmethoden der Dynamik • Einsatz von Kraftmeßplattformen • Kraftaufnehmer • Beschleunigungsaufnehmer F=m*a

25. Illustration Dynamik

26. Die biomechanischen Prinzipien Hochmuth, 1974

27. Definition, Wesen • „Kriterien zur Bewertung der Zweckmäßigkeit von Bewegungen“ Hochmuth, 1974 • Keine mechanischen Gesetzmäßigkeiten • Keine eindeutigen Vorschriften

28. Die biomechanischen Prinzipien • 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

29. 1. Prinzip der Anfangskraft • Begründung von Ausholbewegungen: Zielbewegung beginnt auf höherem Kraftniveau, wenn Ausholbewegung abgebremst wird • Optimalitätseigenschaft: nicht zu viel, nicht zu wenig = optimal

30. t0 t1 t2 t3 t4 Anfangskraft F t

31. 2. Optimaler Beschleunigungsweg • Ziel: hohe Endgeschwindigkeit • Optimalitätseigenschaft: nicht zu lang, nicht zu kurz • Geradlinig oder stetig gekrümmt • Beispiel: Kugelstoßen

32. 3. Opt. Tendenz Beschleunigungsverlauf • Ziel hohe Endgeschwindigkeit: größte Beschleunigungen am Ende der Strecke! • Beispiele Würfe und Stöße • Ziel geringer Zeitverbrauch:größte Beschleunigung zu Beginn der Strecke! • Beispiele: Boxen, Fechten

33. 4. Koordination von Teilimpulsen • Mechanik: Neuer Impuls, wenn letzter Beweger maximale Geschwindigkeit erzielt hat • Teilimpulse unabhängig, Geschwindigkeit additiv • Biomechanik: Neuer Impuls, kurz nach Maximum des letzten! • Gliederkette, abbremsen des letzten Bewegers verbessert die Beschleunigung des nächsten! • „Peitscheneffekt“

34. Peitscheneffekt im Golf

35. Bilanz: Biomechanische Prinzipien • Nützlich zum Hochmuthschen Zweck! • Qualitative Aussagen! • I.d.R. Optimalitätseigenschaften • Keine Gesetze! • Keine Theorien! • Empirisch teilweise in Frage gestellt!

36. Bilanz

37. Biomechanische Betrachtungsweise • Erfassung des Außenbildes • Kräfte sind keine „Ursachen“ im sportmethodischen Sinne • Praxisrelevanz der Befunde • Abhängigkeit von Meßapparatur • Guruhaftes Auftreten einiger Vertreter • Wissenschaft = Meßmethode ?