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VL Bewegungswissenschaft VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise.

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

1 VL Bewegungswissenschaft VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise

2 BiomechanikProgramm Biomechanik als Disziplin Kinematik in Beispielen Dynamik in Beispielen Die biomechanischen Prinzipien Bilanz

3 Biomechanik

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

5 Biomechanik 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 Biomechanik Anwendungsfelder der Biomechanik Leistungsbiomechanik Technikanalysen Konditionsdiagnostik Anthropometrische Biomechanik Körpermodelle Eignung für Sportarten Präventive Biomechanik Erfassung mechanischer Belastungen Minimierung durch Modifikation von Bewegungen Biomechanische Modellierung

7 Biomechanik 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 Biomechanische Teilgebiete

8 Biomechanik Biomechanische Beschreibungsgrößen Kinematische Merkmale Dynamische Merkmale Zeit- merkmale 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

9 Kinematik

10 BiomechanikWeg-Geschwindigkeit-Beschleunigung s t v t a t 0 gleichförmig v t a t 0 gleichmäßig positiv beschleunigt s t v t a t 0 gleichmäßig negativ beschleunigt s t

11 Biomechanik v 0100 m 100m-Lauf Reaktionszeit/Latenzzeit Anfangsbeschleunigung Maximalgeschwindigkeit Geschwindigkeitsverlust

12 BiomechanikTranslatorische Merkmale Schlägerkopf im Abschwung a = Meter pro Sekunde*2 [m/s 2 ] Beschleunigung Schlägerkopf im Impactv = Meter pro Sekunde [m/s] Geschwindigkeit Haltung im SetupMeter [m]Lage SchlaglängeMeter [m]Länge GolfbeispielEinheitMerkmal

13 Biomechanik ProProette Lagemerkmale Golf

14 Biomechanik Schlaglängen im Golf Schlaglängen von Durchschnittsgolfern pro Schläger

15 Biomechanik Geschwindigkeitsmerkmale Golf

16 BiomechanikZeitmerkmale Spin des GolfballesSekunde -1 [1/s]Frequenz Relation Auf- /AbschwungSekunde [s]Zeit GolfbeispielEinheitMerkmal

17 Biomechanik Zeitmerkmale Golf

18 BiomechanikSpinraten Kurze Eisen: >200 Hz Mittlere Eisen: Hz Holz 1: Hz Amateure: Hz Tour-Pros: Hz Tiger Woods: 37 Hz

19 BiomechanikWinkelmerkmale Schwungbahn a = /t [m/s 2 ]: Winkel- beschleunigung Schwungbahn = /t [°/s] Winkel- geschwindigkeit Loft, Verwringung [°] Winkel GolfbeispielEinheitMerkmal

20 Biomechanik Loft und Länge Eisen Hölzer

21 Biomechanik Winkelmerkmale Golf

22 Biomechanik Impact Hüftwinkel Schulterwinkel t 0 90 Verwringung Golf qual. Vorspannung Rumpf

23 Biomechanik Verwringung quant.

24 Biomechanik Winkelgeschw./beschl. Golf

25 Biomechanik 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

26 Biomechanik Illustration Kinematik

27 Dynamik

28 BiomechanikDynamische Merkmale Impact m* v [Ns] Impulsänderung Verteilung der Gewichtskraft F [N]Kraft GolfbeispielEinheitMerkmal Impact F * t [Ns] Kraftstoß

29 Biomechanik Kraftmaximum während Kontakt: F=9000N Kontaktzeit: t=0.0005s Impulsänderung Masse des Golfballs: m=46g Geschwindigkeitsänderung: v = 200km/h Dynamik des Impacts

30 Biomechanik Einsatz von Kraftmeßplattformen Kraftaufnehmer Beschleunigungsaufnehmer F=m*a Messmethoden der Dynamik

31 Biomechanik Illustration Dynamik

32 Die biomechanischen Prinzipien Hochmuth, 1974

33 Biomechanik Kriterien zur Bewertung der Zweckmäßigkeit von Bewegungen Hochmuth, 1974 Keine mechanischen Gesetzmäßigkeiten Keine eindeutigen Vorschriften Definition, Wesen

34 Biomechanik Die biomechanischen Prinzipien 1.Prinzip der Anfangskraft 2.Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges 3.Prinzip der optimalen Tendenz im Beschleunigungsverlauf 4.Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen 5.Prinzip der Impulserhaltung 6.Prinzip der Gegenwirkung

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

36 BiomechanikAnfangskraft t0t0 t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 F t CMJ SJ

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

38 Biomechanik 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

39 Biomechanik 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

40 Biomechanik Peitscheneffekt im Golf

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

42 Bilanz

43 Biomechanik Erfassung des Außenbildes Kräfte sind keine Ursachen im sportmethodischen Sinne Praxisrelevanz der Befunde Abhängigkeit von Meßapparatur Fragen der Modellbildung Entweder: einfach, abstrakt, mit wenig Erklärungsgehalt Oder: mit viel Erklärungsgehalt, konkret, genau, dann sehr schwierig Biomechanische Betrachtungsweise


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