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VL Bewegungswissenschaft 4 VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise.

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Präsentation zum Thema: "VL Bewegungswissenschaft 4 VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise."—  Präsentation transkript:

1 VL Bewegungswissenschaft 4 VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise

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

3 Biomechanik

4 Biomechanik Biomechanik untersucht die Erscheinung und Ursachen von Bewegungen biologischer Systeme aus mechanischer Perspektive Gegenstand der Biomechanik des Sports sind sportliche Bewegungen Aufgaben 1. Quantitative Beschreibung der Erscheinungen von Bewegungen und ihre 2. Erklärung durch die Zurückführung auf mechanische Ursachen Definition

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

6 Biomechanik 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 BiomechanikAnwendungsfelder 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 Biomechanik Kinematik Beschreibung des räumlich-zeitlichen Ablaufes von Bewegungen durch Translationen = fortschreitende Bewegungen Rotationen = Bewegung um eine Drehachse Dynamik Beschreibung des Zusammenhang zwischen Kräften und Bewegungen Statik = Ruhezustand (Gleichgewicht von Kräften) Kinetik = Bewegung (Ungleichgewicht von Kräften) Biomechanische Teilgebiete

9 Biomechanik Biomechanische Beschreibungsgrößen Translatorische Merkmale Position (Weg, Länge, Lage) Zeit Geschwindigkeit Beschleunigung Rotatorische Merkmale Winkel Zeit Winkelge- schwindigkeit Winkelbeschleu- nigung Kinematische Merkmale Translatorische Merkmale Masse Impuls Kraft Kraftstoß Arbeit Energie Leistung Rotatorische Merkmale Massenträgheits moment Drehimpuls Drehmoment Drehmoment- stoß Dynamische Merkmale

10 Kinematik

11 Biomechanik Kinematische translatorische Merkmale Schlägerkopf im Abschwung Meter pro Sekunde 2 [m/s 2 ] Beschleunigung (a) Schlägerkopf im ImpactMeter pro Sekunde [m/s] Geschwindigkeit (v) Haltung im Setup, Schlaglänge Meter [m]Position, Lage, Länge GolfbeispielEinheitMerkmal Spin des GolfballesSekunde -1 [1/s]Frequenz (v) Relation Auf- /Abschwung Sekunde [s]Zeit (t)

12 Biomechanik Kinematische translatorische Merkmale Zusammenhang Weg-Zeit-Geschwindigkeit-Beschleunigung a t 0 Gleichförmige Bewegung vs tt Gleichmäßig beschleunigte Bewegung a t 0 vs tt Gleichmäßig verzögerte Bewegung a t 0 vs tt

13 Biomechanik v 0100 m Beispiel: 100m-Lauf Reaktionszeit/Latenzzeit Anfangsbeschleunigung Maximalgeschwindigkeit Geschwindigkeitsverlust

14 Biomechanik ProProette Haltungsmerkmale (Golf)

15 Biomechanik Schlaglängen (Golf) Schlaglängen von Durchschnittsgolfern pro Schläger

16 Biomechanik Geschwindigkeitsmerkmale (Golf)

17 BiomechanikKinematische rotatorische Merkmale SchwungbahnGrad pro Sekunde 2 [°/s 2 ]: Winkelbe- schleunigung (a) SchwungbahnGrad pro Sekunde [°/s] Winkelge- schwindigkeit ( ) Loft, VerwringungGrad [°]Winkel ( ) GolfbeispielEinheitMerkmal

18 Biomechanik Winkel (Golf) Gliedmaßen und Schläger

19 Biomechanik Impact Hüftwinkel Schulterwinkel t 0 90 Winkel (Golf) Vorspannung Rumpf Verwringung Oberkörper (qualitativ)

20 Biomechanik Winkel (Golf) Verwringung Oberkörper (quantitativ)

21 Biomechanik Winkelgeschw./beschl. (Golf)

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

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

24 Dynamik

25 Biomechanik Dynamische translatorische Merkmale ImpactNewton [N] Kraft (F) GolfbeispielEinheitMerkmal ImpactKraft * Zeit [Ns] Kraftstoß (P) Masse (m) Kilogramm [Kg] Gewichtsverteilung beim Schwung

26 Biomechanik Dynamische translatorische Merkmale 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 Zusammenhang Masse-Kraft-Kraftstoß- Geschwindigkeit

27 Biomechanik Masse (Golf) Gewichtsverteilung beim Golfschwung (Isobarendarstellung)

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

29 Biomechanik Kraft und Kraftstoß (Golf) Schlaglänge (Schräger Wurf)

30 Biomechanik Rotatorische dynamische Merkmale Halten einer HantelNewtonmeter [Nm] Drehmoment BeispielEinheitMerkmal Drehimpuls Trägheitsmoment Kilogramm * m²Salto Pirouette beim Eislaufen Newtonmeter * s [Nm * s]

31 Biomechanik Messung durch Kraftmeßplattformen, Druckmesssohlen, Kraftaufnehmer, Beschleunigungsaufnehmer Messmethoden der Dynamik

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

33 Biomechanik Biomechanische Prinzipien sind… Definition 1. 1.Prinzip der Anfangskraft 2. 2.Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges 3. 3.Prinzip der optimalen Tendenz im Beschleunigungsverlauf 4. 4.Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen 5. 5.Prinzip der Impulserhaltung 6. 6.Prinzip der Gegenwirkung allgemeine Kenntnisse über das rationelle Ausnutzen von mechanischen Gesetzen bei sportlichen Bewegungen … aber keine allgemeingültigen Gesetze oder Vorschriften !

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

35 Biomechanik Anfangskraft (Beispiel Vertikalsprung) t0t0 t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 F t Counter Movement Jump Squat Jump

36 Biomechanik 2. Optimaler Beschleunigungsweg 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) Das Erreichen einer maximalen Endgeschwindigkeit einer Bewegung hängt von der optimalen Länge und Geometrie des Beschleunigungsweges ab.

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

38 Biomechanik 4. Koordination von Teilimpulsen 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) Die Geschwindigkeit des letzten Bewegers einer Bewegungskette wird maximal, wenn die Geschwindigkeitsmaxima der einzelnen Beweger sequenziell eintreten

39 Biomechanik Koor. Teilimpulse (Beispiel Golfschwung) Peitscheneffekt durch Handgelenkseinsatz

40 Biomechanik 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 Biomechanik 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 Biomechanische Betrachtungsweise


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