VL Bewegungswissenschaft VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise.
VL Bewegungswissenschaft 4 VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise.
-
Upload
tabea-raven -
Category
Documents
-
view
139 -
download
2
Transcript of VL Bewegungswissenschaft 4 VL Bewegungswissenschaft 4. Die biomechanische Betrachtungsweise.
VL VL BewegungswissenschaftBewegungswissenschaft
44. Die biomechanische Betrachtungsweise
BiomechanikBiomechanik ProgrammProgramm
1. Biomechanik als Disziplin2. Kinematik in Beispielen3. Dynamik in Beispielen4. Biomechanische Prinzipien5. Bilanz
BiomechanikBiomechanik
BiomechanikBiomechanik
Biomechanikuntersucht die Erscheinung und Ursachen von Bewegungen biologischer Systeme aus mechanischer Perspektive
Gegenstandder Biomechanik des Sports sind sportliche Bewegungen
Aufgaben 1. Quantitative Beschreibung der Erscheinungen von Bewegungen und ihre 2. Erklärung durch die Zurückführung auf mechanische Ursachen
DefinitionDefinition
BiomechanikBiomechanik
Mechanik liefert deterministische physikalische Gesetze über die Beziehung von Masse, Kraft und Geschwindigkeit. Beispiel Kugel:
Das „Bio“ in BiomechanikDas „Bio“ in Biomechanik
Kraftstoß
Anwendung auf eine sportliche Bewegung(bspw. Weitsprung)
BiomechanikBiomechanik Das „Bio“ in BiomechanikDas „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?
BiomechanikBiomechanik AnwendungsfelderAnwendungsfelder
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
BiomechanikBiomechanik
KinematikBeschreibung des räumlich-zeitlichen Ablaufes von Bewegungen durchTranslationen = fortschreitende BewegungenRotationen = Bewegung um eine Drehachse
DynamikBeschreibung des Zusammenhang zwischen Kräften und BewegungenStatik = Ruhezustand (Gleichgewicht von Kräften)Kinetik = Bewegung (Ungleichgewicht von Kräften)
Biomechanische TeilgebieteBiomechanische Teilgebiete
BiomechanikBiomechanik Biomechanische BeschreibungsgrößenBiomechanische Beschreibungsgrößen
Translatorische
Merkmale
•Position (Weg, Länge, Lage)
•Zeit•Geschwindigk
eit•Beschleunigun
g
Rotatorische Merkmale
•Winkel•Zeit•Winkelge-
schwindigkeit•Winkelbeschle
u-nigung
KinematischeMerkmale
Translatorische
Merkmale
•Masse• Impuls•Kraft•Kraftstoß•Arbeit•Energie•Leistung
RotatorischeMerkmale
•Massenträgheitsmoment
•Drehimpuls•Drehmoment•Drehmoment-
stoß
DynamischeMerkmale
KinematikKinematik
BiomechanikBiomechanik Kinematische translatorische MerkmaleKinematische translatorische Merkmale
Schlägerkopf im Abschwung
Meter pro Sekunde2 [m/s2]
Beschleunigung (a)
Schlägerkopf im ImpactMeter pro Sekunde [m/s]
Geschwindigkeit (v)
Haltung im Setup, SchlaglängeMeter [m]Position, Lage, Länge
GolfbeispielEinheitMerkmal
Spin des GolfballesSekunde-1 [1/s]Frequenz(v)
Relation Auf- /Abschwung
Sekunde [s]Zeit(t)
BiomechanikBiomechanik Kinematische translatorische MerkmaleKinematische translatorische Merkmale
ZusammenhangWeg-Zeit-Geschwindigkeit-Beschleunigung
a
t0
Gleichförmige Bewegung
v s
t t
Gleichmäßigbeschleunigte Bewegung
a
t0
v s
t t
Gleichmäßigverzögerte Bewegung
a
t0
v s
t t
BiomechanikBiomechanik
v
0 100 m
Beispiel: 100m-LaufBeispiel: 100m-Lauf
Reaktionszeit/Latenzzeit
Anfangsbeschleunigung
Maximalgeschwindigkeit
Geschwindigkeitsverlust
BiomechanikBiomechanik
Pro Proette
Haltungsmerkmale (Golf)Haltungsmerkmale (Golf)
BiomechanikBiomechanik Schlaglängen (Golf)Schlaglängen (Golf)
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
SW
PW
E9
E8
E7
E6
E5
E4
E3
H5
H3
H1
Schlaglängen von Durchschnittsgolfern pro Schläger
BiomechanikBiomechanik Geschwindigkeitsmerkmale (Golf)Geschwindigkeitsmerkmale (Golf)
BiomechanikBiomechanik Kinematische rotatorische Merkmale
SchwungbahnGrad pro Sekunde2 [°/s2]:
Winkelbe-schleunigung (a)
SchwungbahnGrad pro Sekunde[°/s]
Winkelge-schwindigkeit ()
Loft, VerwringungGrad [°]Winkel()
GolfbeispielEinheitMerkmal
BiomechanikBiomechanik Winkel (Golf)Winkel (Golf)
Gliedmaßen und Schläger
BiomechanikBiomechanik
Impact
Hüftwinkel
Schulterwinkel
t
0
90
Winkel (Golf)Winkel (Golf)
VorspannungRumpf
Verwringung Oberkörper (qualitativ)
BiomechanikBiomechanik Winkel (Golf)Winkel (Golf)
Verwringung Oberkörper (quantitativ)
BiomechanikBiomechanik Winkelgeschw./beschl. (Golf)Winkelgeschw./beschl. (Golf)
BiomechanikBiomechanik Messmethoden der KinematikMessmethoden der Kinematik
3. (Hochfrequenz-) Videoaufnahmen Digitalisierung Rekonstruktion der räuml.-zeitl. Parameter
BiomechanikBiomechanik Messmethoden der KinematikMessmethoden der Kinematik
4. Direkte Messungen z.B. LAVEG, Laserentfernungsmesser alle 0.01 s Abstand zum anvisierten Objekt
DynamikDynamik
BiomechanikBiomechanik Dynamische translatorische MerkmaleDynamische translatorische Merkmale
ImpactNewton[N]
Kraft (F)
GolfbeispielEinheitMerkmal
ImpactKraft * Zeit[Ns]
Kraftstoß (P)
Masse (m) Kilogramm[Kg]
Gewichtsverteilung beim Schwung
BiomechanikBiomechanik Dynamische translatorische MerkmaleDynamische 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
g
mF
dtFP
m
Pv
BiomechanikBiomechanik Masse (Golf)Masse (Golf)
Gewichtsverteilung beim Golfschwung (Isobarendarstellung)
BiomechanikBiomechanik Kraft und Kraftstoß (Vertikalsprung)Kraft und Kraftstoß (Vertikalsprung)
Sprunghöhe • Flugzeit
• Absprungge-schwindigkeit
2
2
1*
2
1
t
gh
g
vh
2
*2
1
BiomechanikBiomechanik Kraft und Kraftstoß (Golf)Kraft und Kraftstoß (Golf)
)2
sin(sin*2
0
00
20
20
v
gh
g
vW
Schlaglänge (Schräger Wurf)
BiomechanikBiomechanik Rotatorische dynamische MerkmaleRotatorische dynamische Merkmale
Halten einer HantelNewtonmeter[Nm]
Drehmoment
BeispielEinheitMerkmal
Drehimpuls
Trägheitsmoment
Kilogramm * m² Salto
Pirouette beim EislaufenNewtonmeter * s[Nm * s]
BiomechanikBiomechanik
Messung durch Kraftmeßplattformen, Druckmesssohlen,
Kraftaufnehmer, Beschleunigungsaufnehmer
Messmethoden der DynamikMessmethoden der Dynamik
Die biomechanischen Die biomechanischen PrinzipienPrinzipien
Hochmuth, 1974(ergänzt durch Wiemann, 1984; Baumann,
1989)
BiomechanikBiomechanik
Biomechanische Prinzipien sind…
DefinitionDefinition
1. Prinzip der Anfangskraft2. Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges3. Prinzip der optimalen Tendenz im
Beschleunigungsverlauf4. Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen5. Prinzip der Impulserhaltung6. Prinzip der Gegenwirkung
allgemeine Kenntnisse über das rationelle
Ausnutzen von mechanischen Gesetzen bei sportlichen Bewegungen
… aber keine allgemeingültigen Gesetze oder Vorschriften !
BiomechanikBiomechanik 1. Prinzip der Anfangskraft1. Prinzip der Anfangskraft
BegründungZielbewegung 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“
BiomechanikBiomechanik Anfangskraft (Beispiel Vertikalsprung)Anfangskraft (Beispiel Vertikalsprung)
t0
t1
t2
t3
t4
F
tCounter Movement JumpSquat Jump
BiomechanikBiomechanik 2. Optimaler Beschleunigungsweg2. 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.
BiomechanikBiomechanik 3. Opt. Tendenz 3. Opt. Tendenz BeschleunigungsverlaufBeschleunigungsverlauf
Beim Zielhohe 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
BiomechanikBiomechanik 4. Koordination von Teilimpulsen4. 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
BiomechanikBiomechanik Koor. Teilimpulse (Beispiel Koor. Teilimpulse (Beispiel Golfschwung)Golfschwung)
„Peitscheneffekt“ durch Handgelenkseinsatz
BiomechanikBiomechanik Biomechanische PrinzipienBiomechanische 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!
BilanzBilanz
BiomechanikBiomechanik
• 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 BetrachtungsweiseBiomechanische Betrachtungsweise