Biomechanik - Schmelzweb

Biomechanik
Einführung in die Sportwissenschaften WS05/06
Inhalt
• Biomechanik
• Biomechanische Aspekte des
Fußballs
• Abteilung „Biomechanik,
Bewegungswissenschaft und
Sportinformatik“
DEFINITION „BIOMECHANIK“
Die Biomechanik des Sports ist die
wissenschaftliche Disziplin, die die sportliche
Bewegung unter Verwendung von Begriffen,
Methoden und Gesetzmäßigkeiten der
Mechanik beschreibt und erklärt.
(Ballreich 1996)
Gegenstandsfelder
• Außenaspekt der Bewegung
…. als in Raum und Zeit beobachtbare
Erscheinungen
• Innenaspekt der Bewegung
.... Steuerungs- und Regelungsprozesse, die
die äußerlich wahrnehmbaren Verläufe
ermöglichen
Biomechanische Merkmale
Kinematische
Merkmale
Weg
Geschwindigkeit
Beschleunigung
Zeitmerkmale
Zeit
Frequenz
Winkel
-geschwindigkeit
-beschleunigung
Dynamische
Merkmale
Masse
Kraft
Impuls
Trägheitsmoment
Drehmoment
Drehimpuls
Untersuchungsziele der Biomechanik
• Leistungsbiomechanik
- Technikanalyse, -optimierung
- Konditionsanalyse
• Präventive Biomechanik
- Belastungsanalyse
- Belastungsgestaltung
• Anthropometrische Biomechanik
- Eignungsdiagnostik
- Leistungsprognose
(nach Ballreich)
Biomechanisches Messverfahren
• Kinemetrie (Lage und Geschwindigkeiten von Körpern)
• Dynamometrie (äußere Kräfte)
• Elektromyografie (Innervationsverhalten)
• Anthropometrie (Abmessungen und Massenverteilungen;
KSP)
Videometrie
• Indirektes Verfahren
- optisches Abbild
- Rekonstruktion eines Objektes
- 2D/3D; Referenzsystem
• Räumliche Auflösung ist abhängig
- von der Anzahl der Bildpunkte
- vom Abbildungsmaßstab
• Zeitliche Auflösung beträgt
- 50 Hz, d.h. 50 Einzelbilder pro Sekunde bei
Standardkameras
- bis zu 1000 Hz bei speziellen HighSpeed-Kameras
Ausgewählte Aspekte im Fußball
Überblick
• Einleitung
• Bewegungskontrolle
• Laufwege
• Fußstoß
• Ball
EINLEITUNG
• Biomechanische Untersuchungsmethoden
werden bei einer Vielzahl von Sportarten, so
auch im Fußball, dazu verwendet,
• um Bewegungseigenschaften zu definieren,
• um die Effektivität ihrer Ausführung zu
verstehen
• und um die Faktoren einer erfolgreichen
Bewegungsausführung zu identifizieren.
Faktoren, die individuelle Fähigkeiten im Fußball beeinflussen
INDIVIDUELLE FÄHIGKEITEN
Pass
Rückspiel
Laufen mit dem Ball
Dribbling
Decken
Schießen
Kopfball
Lösen
Überwachen
BASISBEWEGUNGEN
Laufen
vor
zurück
zur Seite
Richtungswechsel
Drehen
Stoppen
Dribbling
Springen
LEISTUNG
FUSSBALL
SENSOMOTORISCHE
FÄHIGKEITEN
Sehen
Hören
Berühren
Reagieren
Reflex
Gelenks- und
Muskelgefühl
Entscheidung ...
Bewegungskontrolle
• Bewegungen (zB im Fußball) werden intern
überwacht. Rezeptoren in den Muskeln, Gelenken
und Sehnen liefern Informationen über die Bewegung
zum Zentralnervensystem.
• Diese Information wird für eventuell notwendige
Modifikationen verwendet.
Für Lernfertigkeiten spielen externen und
interne Feedbackschleifen eine wichtige Rolle.
In der internen Schleife
1) Informieren die Nervenendungen in der Haut den
Fußballer über die Berührung des Balles,
2) Kontrollieren kinästhetische Rezeptoren in den
Gelenken den Gelenkswinkel,
3) Berichten Muskelspindeln über Längenveränderung im
Muskel, und
4) Messen Golgiorgane die Spannung in den Sehnen.
Im externen Feedbacksystem spielen optische
und auditive Systeme die wichtigste Rolle.
PSYCHISCHE
EIGENSCHAFTEN
Motivation
Flinkheit
Konzentration
Beständigkeit
Selbstvertrauen
Kreativität
Ängstlichkeit ...
PHYSISCHE EIGENSCHAFTEN
Alter
Größe
Gewicht
Struktur
Geschwindigkeit
Ausdauer
Kraft
Gleichgewicht
Flexibilität
Gewandtheit
Koordination
Laufwege
Fußstoß
Ausführung des Fußstoßes
(in R .Ballreich 1992)
Fußstoß
Innenseitstoß
Innenspannstoß
Fußstoß
Effetstoß
Außenspannstoß
Vollspannstoß
Auslösegeschwindigkeit des Balles beim
maximalen Fußstoß (Riststoß) in verschiedenen
Altersklassen
Fußstoß
Rotationsgeschwindigkeiten
� Wenn sich das Knie genau über dem Ball befindet, stoppt die Rotation
des Oberschenkels. Zur Zeit des Impakts rotiert der Oberschenkel
kaum, während Unterschenkel und Fuß fast Höchstgeschwindigkeit
(keine Beschleunigung) erreicht haben.
� Übertragung von Winkelgeschwindigkeiten zwischen proximalen und
distalen Segmenten
-
Vermutung: Transfer des Drehimpulses zwischen dem (größeren)
Oberschenkel und dem (kleineren) Unterschenkel
-
Erklärung: Der Oberschenkel wird primär aufgrund der Beschleunigung des
Unterschenkels langsamer. Die Verzögerung des Oberschenkels wird
hauptsächlich durch Bewegung des Unterschenkels und nicht über
resultierende Gelenksmomente der Hüfte verursacht.
Muskelaktivität beim Fußballstoß
� Hüftbeugemuskulatur dominant während des Großteils der
Schwungphase
- exzentrische Kontraktion, um Rückschwung des Beins zu
stoppen
- konzentrische Kontraktion, um Oberschenkel zum Ball zu
beschleunigen
� Kurz vor Ballkontakt dominieren die Hüftstrecker
- bewirken eine Verringerung der Geschwindigkeit in
Oberschenkel u. Kniegelenk
� Quadriceps (Kniestrecker) hauptverantwortlich bei Rück- u.
Abschwung, keine Aktivität der Kniestrecker kurz vor
Ballkontakt!
Ball
• Charakteristika des Fußballes:
- Masse (396 – 453 g)
- Umfang (68,5 – 71,1 cm)
- Innendruck (0,6 – 1,1)
- Oberflächenbeschaffenheit (hauptsächlich Leder)
Magnuseffekt
• Die Eigendrehung eines Körpers kann einen krümmenden
Effekt (Effet) auf seine Flugbahn ausüben. Ein Effet lässt sich
durch eine nach dem deutschen Physiker H. Magnus benannte
Anwendung des Bernoullischen Gesetzes beschreiben:
Wenn sich ein mit hoher Geschwindigkeit bewegender Ball sehr
schnell um eine Achse dreht, wird auf der einen Seite Druck
aufgebaut und auf der anderen Seite reduziert, da die
Oberfläche des Balles den Strömungsverlauf der umgebenden
Luft beeinflusst.
Wo Luftwiderstand entgegenwirkt – hoher Druck + Turbulenzen
Auf gegenüberliegenden Seite – beide Kräfte in gleicher
Richtung – Geschwindigkeit der Luftbewegung vergrößert –
geringerer Druck
Da eine Strömung von höherem zu tieferen Druck verläuft,
bewegt sich der Ball zu der Seite hin, wo der Druck geringer ist.
LITERATUR
� R. Ballreich, A. Kuhlow-Ballreich: Biomechanik der
Sportarten, Band 3, Biomechanik der Sportspiele,
Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1992
� Jerry N. Barham: Mechanische Kinesiologie, Georg
Thieme Verlag, Stuttgart New York 1982