Biomechanik Arbeitsblatt - Peutinger

Arbeitsblatt Biomechanik
A
Grundlagen
1.
Ein Gelenk wird im einfachsten Fall durch zwei Muskeln bewegt; einer, der das Gelenk beugt
(Beuger), ein zweiter, der es streckt (Strecker).
Über Sehnen greifen sie am Knochen an.
.
Ein Skelettmuskel kann beim Kontrahieren pro cm2 ungefähr 40N Kraft entwickeln. Dabei
wird er fühlbar fester im Vergleich zur Entspannungsphase.
a)
Ertaste Beuger und Strecker des Ellbogengelenks und registriere die Unterschiede beim
Beugen bzw. Strecken des Gelenks.
Modellgelenk
b) Welchen Durchmesser hat ein Muskel mit
der Querschnittsfläche 10cm2? Welche
Kraft kann er aufbringen?
c) Bezeichne Beuger, Strecker, Sehnen,
Knochen und Gelenk.
d) Wie ändern sich die Muskeln, wenn das
Gelenk gestreckt wird?
e) Welche Kraft kann der Ellbogenbeuger (m.
biceps und m. brachialis) ungefähr
entwickeln?
f)
2.
Bestimme das Drehmoment, das der Strecker in dem Modellgelenk hervorruft, wenn er mit
der in e) bestimmten Kraft angreift und der Abbildungsmaßstab 1:10 beträgt.
Vergleiche mit dem Drehmoment, mit dem Radschrauben angezogen werden.
Bei jeder Muskelkontraktion wird Energie benötigt.
Dazu produziert die Muskelzelle ein energiereiches Molekül, des sog. ATP
(Adenosintriphosphat); dieses wird bei der Kontraktion gespalten, dabei wird Energie frei.
Zur Herstellung des ATP benötigt die Muskelzelle Sauerstoff und Glucose (auch Kohlehydrat
oder Blutzucker genannt).
Beides wird durch das Blut zugeführt.
Bei der Bildung von ATP fallen die Stoffwechselendprodukte Wasser, CO2 und Milchsäure
an, die durch das Blut abtransportiert werden.
3. a)
Man kann zwischen dynamischer und statischer Arbeitsweise der Muskulatur unterscheiden.
Je größer die Kraftentwicklung und je statischer sie erfolgt, umso mehr werden die Kapillaren
(kleinste Blutgefäße) zusammengepresst, wodurch eine Durchblutung erschwert und
schließlich unterbunden wird.
b)
Eine bestimmte Geschwindigkeit kann man entweder mit einem größeren Gang und kleinerer
Trittfrequenz oder mit einem kleineren Gang bei höherer Trittfrequenz fahren.
Welche Variante ist für die Muskulatur günstiger? Begründe bitte.
4.
Markiere (mit einem farbigen Punkt) die Positionen des Fußgelenks und des Kniegelenks.
a)
Welche Auswirkungen hat eine Kontraktion des Muskels soleus (so)?
b)
Was bewirkt die Kontraktion des Muskels gastrocnemius (ga)?
c)
Was ändert sich an der Funktion des ga, wenn das Kniegelenk gestreckt ist? Begründe bitte.
d)
Überprüfe deine Vermutung mit einem Experiment.
Dokumentiere die Messwerte.
e)
Miss die Entfernungen zwischen Fußgelenk und Achillessehne sowie zw. Gelenk und
Fußballen an deinem Fuß.
Trage die Werte in die Abbildung ein.
f)
Du verlagerst dein ganzes Körpergewicht auf den Fußballen eines Beines; die Ferse ist ganz
entlastet.
Berechne die Kraft in der Achillessehne.
g)
Zeichne in die Abbildung die am Fuß angreifenden Kräfte ein, die an ihm ein
Drehmomentgleichgewicht herstellen (wähle einen geeigneten Maßstab für 1N).
h)
Überprüfe diese Werte durch Messungen an einem Modell.
Dokumentiere die Messungen.
i)
Welchen Durchmesser müssen die Muskeln so und ga zusammen mindestens haben, um diese
Kraft aufbringen zu können?
j)
Vergleiche diesen Durchmesser mit dem tatsächlich gemessenen.
k)
Weshalb ist der tatsächliche Durchmesser größer als der in i) berechnete?
l)
Wo muss ein Muskel mit seiner Sehne angreifen, wenn er das Kniegelenk strecken soll?
Zeichne einen entsprechenden Kraftpfeil ein.
m) Welche Aufgabe hat die Kniescheibe (Patella)?
B
Biomechanik beim Fahrradfahren
1.
Beteiligte Gelenke:
Es bedeuten:
H:…………………………………………
O: ………………………………………..
Os:……………………………………….
K: …………………………………………
U: …………………………………………
Ub:…………………………………………
Us:…………………………………………
S: ………………………………………….
F: ………………………………………….
Fs:………………………………………….
Fh: …………………………………………
2.
Ordne folgenden Abbildungen Funktionen zu (Bezeichnungen wie in 1.).
3.
Folienmodell
a)
Mit diesem Modell soll der Ablauf der Beinbewegung simuliert werden.
Schneide dazu die Körperteile aus (aus einem geeigneten Pappdeckel) und verbinde sie in den Gelenken
mit einem Faden, der auf beiden Seiten verknotet wird.
Das Hüftgelenk wird dann im Punkt A der Folienunterlage mit einer Nadel fixiert.
b)
Nun lässt sich das Pedal auf dem Kreis der Unterlage bewegen.
Untersuche, bei welchen Kurbelpositionen sich welche Gelenke strecken bzw. beugen.
Dabei soll Position 1 einem Winkel von 00, Position 2 einem Winkel von 450 usw. entsprechen.
Stelle die Ergebnisse in einer geeigneten übersichtlichen Art dar.
b)
Erläutere kurz, weshalb es physikalisch und physiologisch vorteilhaft ist, wenn die Kraft, die der Fuß auf
das Pedal ausübt, immer senkrecht zur jeweiligen Kurbelposition wirkt.
Unterlage des Folienmodells