VL Bewegungswissenschaft VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise.

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1 VL Bewegungswissenschaft VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise

2 BiomechanikProgramm Biomechanischer Ansatz 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 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

7 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

8 Kinematik

9 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

10 Biomechanik ProProette Lagemerkmale Golf

11 Biomechanik Geschwindigkeitsmerkmale Golf

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

13 Biomechanik Zeitmerkmale Golf

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

15 Biomechanik Winkelmerkmale Golf

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

17 Biomechanik Verwringung quant.

18 Biomechanik Winkelgeschw./beschl. Golf

19 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

20 Biomechanik Illustration Kinematik

21 Dynamik

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

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

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

25 Biomechanik Illustration Dynamik

26 Die biomechanischen Prinzipien Hochmuth, 1974

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

28 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

29 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

30 BiomechanikAnfangskraft t0t0 t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 F t

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

32 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

33 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

34 Biomechanik Peitscheneffekt im Golf

35 Biomechanik 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 Biomechanik Erfassung des Außenbildes Kräfte sind keine Ursachen im sportmethodischen Sinne Praxisrelevanz der Befunde Abhängigkeit von Meßapparatur Guruhaftes Auftreten einiger Vertreter Wissenschaft = Meßmethode ? Biomechanische Betrachtungsweise