VL Bewegungswissenschaft VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise

BiomechanikProgramm Biomechanischer Ansatz Kinematik in Beispielen Dynamik in Beispielen Die biomechanischen Prinzipien Bilanz

Biomechanik

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

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?

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

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

Kinematik

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

Biomechanik ProProette Lagemerkmale Golf

Biomechanik Geschwindigkeitsmerkmale Golf

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

Biomechanik Zeitmerkmale Golf

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

Biomechanik Winkelmerkmale Golf

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

Biomechanik Verwringung quant.

Biomechanik Winkelgeschw./beschl. Golf

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

Biomechanik Illustration Kinematik

Dynamik

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

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

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

Biomechanik Illustration Dynamik

Die biomechanischen Prinzipien Hochmuth, 1974

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

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

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

BiomechanikAnfangskraft t0t0 t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 F t

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

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

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

Biomechanik Peitscheneffekt im Golf

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

Bilanz

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