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Veröffentlicht von:Anselma Schnobrich Geändert vor über 10 Jahren
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VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise
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Biomechanik als Disziplin Kinematik in Beispielen
Programm Biomechanik als Disziplin Kinematik in Beispielen Dynamik in Beispielen Die biomechanischen Prinzipien Bilanz
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Biomechanik
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Gegenstand der Biomechanik des Sports sind sportliche Bewegungen
Definition 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
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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?
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Anwendungsfelder der Biomechanik
Leistungsbiomechanik Technikanalysen Konditionsdiagnostik Anthropometrische Biomechanik Körpermodelle Eignung für Sportarten Präventive Biomechanik Erfassung mechanischer Belastungen Minimierung durch Modifikation von Bewegungen Biomechanische Modellierung
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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
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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
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Kinematik
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Weg-Geschwindigkeit-Beschleunigung
gleichmäßig positiv beschleunigt gleichmäßig negativ beschleunigt gleichförmig s t s t s t v t v t v t a t a t a t
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100m-Lauf Maximalgeschwindigkeit v Geschwindigkeitsverlust Anfangsbeschleunigung Reaktionszeit/Latenzzeit 100 m
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Translatorische Merkmale
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
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Lagemerkmale Golf Pro Proette
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Schlaglängen von Durchschnittsgolfern pro Schläger
Schlaglängen im Golf Schlaglängen von Durchschnittsgolfern pro Schläger
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Geschwindigkeitsmerkmale Golf
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Merkmal Einheit Golfbeispiel Zeitmerkmale Zeit Sekunde [s]
Relation Auf- /Abschwung Frequenz Sekunde-1 [1/s] Spin des Golfballes
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Zeitmerkmale Golf
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Kurze Eisen: >200 Hz Mittlere Eisen: 100-165 Hz Holz 1: 50-60 Hz
Spinraten Kurze Eisen: >200 Hz Mittlere Eisen: Hz Holz 1: Hz Amateure: Hz Tour-Pros: Hz Tiger Woods: 37 Hz
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Merkmal Einheit Golfbeispiel Winkelmerkmale Winkel [°]
[°] Loft, Verwringung Winkel-geschwindigkeit = /t [°/s] Schwungbahn Winkel-beschleunigung a = /t [m/s2]: Schwungbahn
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Loft und Länge Eisen Hölzer
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Winkelmerkmale Golf
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t Impact Verwringung Golf qual. 90 Vorspannung Rumpf Hüftwinkel
Hüftwinkel Schulterwinkel Impact t
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Verwringung quant.
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Winkelgeschw./beschl. Golf
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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
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Illustration Kinematik
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Dynamik
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Merkmal Einheit Golfbeispiel Dynamische Merkmale Kraft F [N]
Verteilung der Gewichtskraft Kraftstoß F *t [Ns] Impact Impulsänderung m* v [Ns] Impact
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Kraftstoß Impulsänderung Kraftmaximum während Kontakt: F=9000N
Dynamik des Impacts Kraftstoß Kraftmaximum während Kontakt: F=9000N Kontaktzeit: t=0.0005s Impulsänderung Masse des Golfballs: m=46g Geschwindigkeitsänderung: v = 200km/h
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Messmethoden der Dynamik
Einsatz von Kraftmeßplattformen Kraftaufnehmer Beschleunigungsaufnehmer F=m*a
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Illustration Dynamik
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Die biomechanischen Prinzipien
Hochmuth, 1974
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Definition, Wesen „Kriterien zur Bewertung der Zweckmäßigkeit von Bewegungen“ Hochmuth, 1974 Keine mechanischen Gesetzmäßigkeiten Keine eindeutigen Vorschriften
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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
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1. Prinzip der Anfangskraft
Begründung von Ausholbewegungen: Zielbewegung beginnt auf höherem Kraftniveau, wenn Ausholbewegung abgebremst wird Optimalitätseigenschaft: nicht zu viel, nicht zu wenig = optimal
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Anfangskraft F t0 t1 t2 t3 t4 t CMJ SJ
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2. Optimaler Beschleunigungsweg
Ziel: hohe Endgeschwindigkeit Optimalitätseigenschaft: nicht zu lang, nicht zu kurz Geradlinig oder stetig gekrümmt Beispiel: Kugelstoßen
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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
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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“
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Peitscheneffekt im Golf
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Bilanz: Biomechanische Prinzipien
Nützlich zum Hochmuthschen Zweck! Qualitative Aussagen! I.d.R. Optimalitätseigenschaften Keine Gesetze! Keine Theorien! Empirisch teilweise in Frage gestellt!
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Bilanz
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Biomechanische Betrachtungsweise
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
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