Prüfungsschwerpunkte und Prüfungswissen VO

Prüfungsschwerpunkte und Prüfungswissen VO Biomechanische Grundlagen
Kap.1:
Definition von Biomechanik und ihre Anwendungsgebiete?
B. ist die Wissenschaft, die Kräfte, welche auf und innerhalb einer biologischen Struktur wirken, sowie deren
Wirkung untersucht.
Diese untersucht die Funktionsweise von Muskeln, Sehnen, Bändern, Knorpelstrukturen, Knochen und Gelenke, wie
auch Faktoren, welche die Leistung beeinflussen.
Man kann zwischen äußere (Erscheinungsbild der Bewegung) und innere (Ursachen der Bewegung) Biomechanik
unterscheiden.
Anwendungsfelder:
- Leistungsbiomechanik: Analysen sportlicher Techniken; Soll- Ist- Differenz einer Bewegungsausführung
wird minimiert
- Antropometrische B.: sucht nach menschl. Modelle u. liefert Daten über Körperbaumerkmale
- Präventive B.:Analyse und Minimierung von Belastungen
- Didaktisch- methodisch orientierte B.: ist wichtig für das Lehr- und Lernprozesse durch das Verstehen
von der Bewegung.
- Interatkion zwischen Sportler, Gerät und Umwelt: zb. Gerätentwicklung
Gegenstand und Aufgaben der Sportbiomechanik
Mechanische Beschreibung und Erklärung von sportlichen Bewegungen im Zusammenhang mit dem menschlichen
Organismus.
Aufgaben: Analyse sportlicher Techniken um Lern- und Lehrprozesse zu beschleunigen und durch die Biomechanik
Fehler in der Bewegung zu erkennen und spezifische Interpretationen von Kräfte, Drehmomente und –impulse zu
machen.
Aktueller Forschungsstand
Aktuelles Problem: Biomechanik ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, und wendet die Gesetzte der klassischen
Mechanik an um sportliche Bewegungen zu analysieren.
Es geht jedoch in Richtung der Verschmelzung der klassischen Biomechanik mit Aspekten der
Trainingswissenschaft
Geschichtlicher Abriss der Biomechanik
• Leonardo da Vinci (15 Jh.; 1452-1519): mathematische Beschreibung des menschlichen Körpers und fasste die
Naturgesetze in die mathematische Sprache um
• Borelli (Arzt und Mathematiker des 17 Jh.): beschäftigte sich mit der mechanischen Bewegungen der Tiere,
berechnete die von den Muskeln ausgeübten Kräfte und bestimmte das KSP einer Wippe
• Entwicklung der Elektromyografie (Ende des 18 Jh.)
Galvani (1792) Experimente mit der elektrischen Simulation von Muskeln
• Entwicklung der Kinematografie(Ende des 19. Jh):
Muybridge: Serienfotografien zur Bewegungsbeschreibung der Pferde
Marey: Chrono Zyklo Fotografie: rotierender Schlitz vor dem Objekt einer Kamera
• Entwicklung der Dynamografie (19. Jh.)
Marey: Krafaufnehmer zwischen Boden und Fuß
Amar: Krafmessplatte
Kap.2:
Passiver Bewegungsapparat (BA)
Knochen:
Überblick: Osteologie= Lehre von den Knochen; Skelett über 200 Knochen
Mechanische Funktion: Stützfunktion; Schutzfunktion; Übertragung von Kräfte zur Realisierung von Bewegungen
Physiologische Funktion: Bildung der Blutzellen; Speicherung des Kalziums
Bildung: es entstehen meistens indirekte Verknöcherungen> die Zellen im Zentrum des wachsenden Knorpelmodells
sterben ab und es entsteht ein Hohlraum wo die Osteplasten einwandern und in Knochenzellen umgewandelt werden.
Gelenke:
Gelenke sind Verbindungen zwischen zwei oder mehrere Skelettteilen, man unterscheidet zwischen BandhaftVerbindungen durch bandartige Strukturen und Knochenhaft- Verwachsung zweier Knochen
- äußere Schicht der Gelenkskapsel besteht aus kollagen Fasern > hohe Wiederstandsfähigkeit
Einteilungsgrößen von Gelenken:
Die Bewegungsmöglichkeiten der Gelenke sind von folgenden Größen abhängig: 1) Drehoberflächegröße von Kopf
und Pfanne, 2) die Straffheit der Gelenkbänder, 3)der Muskelzuges der Antagonisten, 4) von den Weichteilen
Arten von Gelenken:
Diese lauten: einachsiges Scharniergelenk(Finger), einachsiges Zapfengelen(Ellbogen), Zweiachsiges
Sattelgelenk(Daumen), Zweiachsiges Eigelenk(Handgelenk), dreiachsiges Kugelgelenk(Hüfte), dreiachsiges
straffes Gelenk (Schulter)
Passiver BA (Knochen, Gelenke, Bänder, Sehnen, Knorpel): grundsätzlicher
Aufbau, Arten, Funktionen)
Aktiver BA (Muskeln)
Aufbau, Funktion, Formen, Eigenschaften, Arbeitsweisen, mechanische
Modellierung
HILL`sche Gleichung
Je größer die Muskelkontraktion desto geringer ist die erzeugte Muskelkraft, und umgekehrt.
Muskelleistung (P) = Kraft (F) * Geschwindigkeit (v)
Intermuskuläre Koordination
Ist das Zusammenspiel aller am Zustandekommen eines Bewegungsablaufes beteiligte Faktoren und Prozesse, um
das geplante Bewegungsziel zu erreichen. Zusammenspiel von Agonisten, Synergisten und Antagonisten.
Intramuskuläre Koordination
Man unterscheidet zwischen feinmotorische und grobmotorische Muskeln, die von den motorischen Einheiten
bestehend aus Nervenzellen innerviert werden.
Fasertyp 1: st- Fasern, rote, dunkle Fasern, langsam, Ausdauer, wenig Kraft, aerobe Energiegewinnung
Fasertyp 2: Ft- Fasern, weiße, helle Fasern, schnell, große Kraft, schnell ermüdend, anaerobe Energiegewinnung
F.2a: vereint die bestern Eigenschaften der anderen Zelltypen, F.2b.: sehr schnell, hohe Kraftentwicklung, schnell
ermüdend; F.2c: Mischform zwischen F.2a und F,2b
Konditionelle Fähigkeiten
• Maximalkraftfähigkeit: Maximum einer Kraftentwicklung, statische Maximalkraft: bezieht sich immer auf
spezielle eingesetzte Muskeln oder Muskelgruppen und Winkelstellungen in den Gelenken.
Dynamische Maximalkraft: Zusatzmasse, die bewegt werden soll, bei festgelegter Amplitude
• Schnellkraftfähigkeit: schnelle, hohe Krafteinsätze möglichst schnell zu erreichen, auf eine Masse eine große
Beschleunigung wirken zu lassen.
• Schnellligkeitsfähigkeit: Realisierung motorischer Fähigkeiten in kürzester Zeit
1) Reaktionsschnelligkeit: z.B. Wiener Determinationstest zur Messung der relativen Belastbarkeit und
Reaktionsgeschwindigkeit
2) Aktionsschnelligkeit: Messung der Sprintgeschwindigkeit- 30 m-Sprint
3) Beschleunigungsfähigkeit: 20m.- Tiefstart
4) Frequenzschnelligkeit: Tapping- Test
5) Kraftausdauerfähigkeit: Widerstandsfähigkeit gegenüber Ermüdung bei Wettkampf und Training
Kap.3:
Kinematik:
Definition
= Bewegungslehre, die K. beschreibt die räumlich- zeitliche Charakteristik der Bewegung, ohne die Ursache zu
hinterfragen, sie untersucht und beschreibt Bewegungen (Bahnkurve, v, a..)
Bewegungsform
Translation: Weg (s= m), Geschwindigkeit (v= m/s), Beschleunigung (a= m/s^2)
Rotation: Winkel (φ= °), Winkelgeschwindigkeit (ω= s^-1), Winkelbeschleunigung (ά= ^-2)
Bewegungsart
1) Geradlinige gleichförmige Bewegun; 2) Gleichmäßig beschleunigte (verzögerte) Bewegung; 3)Ungleichmäßig
beschleunigte (verzögerte) Bewegung
Koordinatensysteme
Die Wahl des Koordinatensystems ist abhängig von der Bewegungsform und der speziellen Aufgabenstellung
Kartesisches Koordinatensystem> x1-, x2-, x3 Achse (x, y, z)- Punkt im Raum
Polarkoordinatensystem> x, y- Punkt in symmetrische Systeme wie z.B. einer Kreisbahn
Bewegungsgesetze,
Übersicht über kinematische Bewegungsgesetze (gleichförmig beschleunigte Bewegungen), Index 0 bedeutet
konstante Anfangsbedingungen.
Translation
Rotation
s(t) = a0/2 * t^2+ v0*t+s0 φ(t) = α0/2 * t^2+ ω0*t+φ0
v(t) = a0*t +v0
ω(t) = α0 * t+ ω^2
a(t) = a0
α(t) = α0
Schlussfolgerungen für sportliche Bewegungen
• Wurf-, Stoß- bzw. Sprungweiten und Sprunghöhen sind vom Quadrat der Abwurf- , Abfluggeschwindigkeit
abhängig> hohe Endgeschwindigkeiten, wichtig für hohe Leistungen
• optimaler Winkel ist im Allgemeinen 45°
• eine Anfangshöhe verbessert die Leistung um den Betrag der Abwurfhöhe.
Dynamik
Definition
Die D. untersucht die Veränderung von Bewegungen bzw. Zustandsänderungen physikalischer Systeme unter dem
Einfluss innerer oder äußerer Kräfte.
Man unterscheidet die Kinetik ∑F ≠ 0> Beschleunigung und die Statik ∑F= 0
Newton’sche Axiome
1.Trägheitsgesetz: solange keine Kraft auf einen Körper, befindet er sich in Ruhe bzw. in einer geradlinigen
gleichförmigen Beschleunigung. Bsp. Blatt auf einen Baum
2.Grundgesetz der Mechanik: Kraft= Masse * Beschleunigung
3. Wechselwirkungsgesetz: zu jeder Kraft gibt es eine Gegenkraft: actio- reactio, z.B. wenn man gegen einen Ball
treten wirkt die Trägheitskraft des Balles dem Fuß entgegen.
, Bsp. für Kräfte, Kraftstoß, Impuls (erhaltung), Wurf-Stoß, Arbeit, Energie,
Leistung, Ergometrie, Dynamik von Rotationsbewegungen (Drehmoment, Goldene
Regel der Mechanik, Drehimpuls (erhaltung)),
Gleichgewicht(sarten)
Stabil, Labil, Indifferent, Metastabil
Standfestigkeit
Damit ein Körper steht, muss die senkrechte Wirkungslinie durch die Unterstützungsfläche verlaufen, wenn diese
durch seinen Köperschwerpunkt außerhalb der Unterstützung verläuft, kippt der Körper.
Die Standfestigkeit ist abhängig von der Höhe des KSP über die Unterstützungsfläche sowie die Größe und
Ausrichtung der Unterstützungsfläche
Belastungsarten
• Zug: Krafteinwirkung in Längsrichtung entgegen der Einspannung > Dehnung, Größe und Fläche entscheidend
• Druck: Krafteinwirkung in Längsrichtung in Richtung der Einspannung> Stauchung, G+F. entsch.
• Biegung: Krafteinwirkung in Querrichtung zur Einspannung> Dehnung und Stauchung, G+F. entsch.
• Schub/ Scherung: Kräftepaar wirkt parallel zu zwei gegenüberliegenden Flächen ein> Verformung; G+F. entsch.
• Torsion: Krafteinwirkung mit Verdrehung zur Längsachse (Dehnung), G+F. entsch.
IN DER PRAXIS > MISCHFORMEN
Material= homogen vs. Isotrop
Statischer Auftrieb
Der Auftrieb ist eine Kraft, die nach oben gerichtet ist, und damit der Schwerkraft entgegen wirkt und die
Bewegungsgeschwindindigkeit ist eigentlich gleich 0.
Archimedisches Prinzip: die Auftriebsk. = dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit. Die Gewichtskraft im
Vergleicht zur Auftriebskraft ist ausschlaggebend, ob der Körper schwimmt, sinkt oder schwebt. Man kann damit
auch Dichten vergleichen.
Bsp.: Ein Ballon fliegt, weil Helium eine geringere Dichte hat als Luft.
Stabilitätslage eines Bootes:
Sportbote > geringe Eintauchtiefe, das verlangt von den Insassen hohe Anforderungen an Gleichgewichtsfähigkeit>
Massenmittelpunkt des Systems Sportler/ Boot.
Strömungswiderstand
Ein unstömender Körper= Wiederstand
Fw= ½ * cw* ρ* A* v^2; cw= Wiederstandsbeiwert,
BERNOLLI`sche Gleichung, ausgehend vom Energieerhaltungssatz
p+ ρ* g *h + ½ ρ* v^2= konst
bei Strömungen auf gleicher Höhe fällt der Schweredruck weg (ρ* g *h )
Kap. 4: Methoden in der Biomechanik
Messkette
Wenn die Messdaten in elektronischer Form vorhanden sein sollen, müssen mehrere Schritte durchlaufen werden.
• Messensonsoren: (Aufnahme des Messwerts)
• Messgrößenumwandler: (Umwandlung in eine elektronische Größe)
• Messwertumformer: (Verstärkung des Messwerts/ Analog- Digital- Umwandlung)
• Messwertübertragung: (z.B. per Funkstrecke)
• Messwertregistrierung:Mess- PC
1. Anthropometrie
Begriffsbestimmung
Folgende Messverfahren sind für die A. relevant:
• Langenmaße (Gliederlängen, Umfänge..),
• geometrische Verteilung der Masse (KSP),
• innere geometrie des BA (Gelenkskonstruktionen..)
• Fertigkeitseingeschaften der Komponente des BA ( Elastizität, Verformung, Bruchgrenzen..)
Massenträgheitsmoment
Ist generell die geometrische Verteilung der Masse. Beim Mensch für den zwei- und dreidimensionalen Fall.
Zur Berechnung des Trägheitsmomentes eines starren Körpers wird dieser in viele kleine Massenelemente mit
konstanter Dichte zerlegt, die von der Drehachse A den Abstand r haben. J = ∑m* r^2
Satz von Steiner: JA= Js + m* s^2 (Tr.m. eines Körpers= Trägheitsmoment bzgl. dem Schwerpunkt + Trägheitsm.)
Körperschwerpunkt
Methoden der KSP-Bestimmung
Man geht davon aus, dass man sich die Gesamtmasse des Körpers in einem Punkt vereint > KSP = konstruierte,
theoretischer Punkt, der außerhalb des Körpers liegen kann z.B. bei extrem überstreckten Bewegungen. Alle äußere
Kräfte auf den Körper bezüglich der Translation wirken so, als würden sie am Schwerpunkt angreifen.
Experimentellen KSP-Bestimmung
Der echte Lagerpunkt ist durch eine Personenwaage unterstützt, die die auftretende Lagerkraft A messen kann
Gafische KSP-Bestimmung
Einzeichnen der Gelenkpunkte und der Längsachsen für die Extremitäten und en Rumpf, einzeichnen der
Teilschwerpunkte für Extremitäten, Rumpf und Kopf (Mensch in Hängeposition)
Analytische KSP-Bestimmung
Grafische Darstellung für die Aufteilung der relativen Gewichte einzelner Körpersegmente auf die angrenzenden
Gelenkpunkte. Polarkoordinatensystem: x Ksp= 1/m *∑m* x ; y Ksp= 1/m *∑m* y
Körperbaumodelle (HANAVAN-Modell)
Körper besteht aus 14 Segmente, homogene Dichten in den Segmenten, Bestimmungen deren Volumina und Massen.
Durch kinemetrische Bewegungsanalysen > Berechnung des KSP, über 32 anthropometrische Messungen,
vs. HATZE 17 Segmente, über 230 anthropometrische Messungen
2. Kinemetrie
Begriffsbestimmung
K. umfasst alle Verfahren zur Messung der kinematischen Größen, Position, Weg, Winkelstellung,
Winkelveränderung, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung.
Bei direkte Verfahren, werden die Größen direkt am Körper gemessen, bei indirekten Verfahren optische bzw.
akustische Abbildungen genutzt.
Direkte Messmethoden
• Wegmessung durch Seilzugaufnehmer : am Körper und an einer Spule ist ein Faden befestigt (0-50m), das
immer gespannt sein muss, Umwandlung der translatorischen Größen in Drehwinkel
• ZeitmessungStopp-Uhr:
• Kontaktschalter: Druckschalter im Schuh, der bei Bodenkontakt anspricht.
• Lichtschranken: Ultraschallschalter oder mit elektromagnetische Induktion
• Speedografie: entspricht Seilzug- Geschwindigkeitsaufnehmer, z.B: Anlaufgeschwindigkeit bei Weitsprung
• akustischer Dopplereffekt: Schallquellen wird am Läufer befestigt
• Goniometer: Bestimmung von Körperwinkeln > Lagebeziehung zw. benachbarten Körpersegmente
• Beschleunigungsaufnehmer: 2. Newtonsche Axiom
indirekte Messmethoden
• Fotografie,
• Kinematografie (Filmtechnik) ,
• Videografie (Videotechnik),
• Stroboskopie,
• Ultraschall,
• Infrarot,
3. Dynamometrie
Begriffsbestimmung
Methoden der Kraftmessung zur Ermittlung der zwischen dem untersuchenden Objekt und seiner Umgebung
auftretenden Kräfte. Entweder direkt zwischen Sportler und seiner Umgebung oder an den Sportgeräten
Verfahren
• Spannungs- Dehnungs- Messstreifen: ein Metalldraht ändert seinen el. Widerstand bei Zugbeanspruchung, der
Widerstand ist proportional zur Längenänderung. Das DMS wird auf ein Geräteteil um dessen Beanspruchung
(Druck, Torsion, Biegung, Scherung) zu messen.
• Piezoelektrische Sensoren: von Pierre Curie entdeckt, wenn auf bestimmte Kristalle Druck oder Zugkräfte
einwirken entstehen el. Ladungen.
• Kapazitative Sensoren: Druckverteilung in Fußsohlen für Gang und Laufanalysen. Die Druckverteilung wird in
Form von Gebirgen dargestellt.
4. Elektromyografie
: Bedeutung, muskelphysiologische Grundlagen,
Methodik der Elektromyografie
Entstehung eines EMG- Signals
Bevor sich der Muskel kontrahieren kann, entsteht ein AP im Muskel, wodurch sich dann der Muskel kontrahieren
kann. Je stärker dieses APs desto stärker schlägt auf den Zeit/Spannungs- Diagramm die Kurve aus. Auf der
senkrechte Ebene wird die Spannung angegeben, auf die Waagrechte die Zeit. Eine weitere Waagrechte zeigt die
mittlere Amplitude der Schläge
Das EMG- Signal wird von Elektroden die auf der Haut positioniert werden abgelesen und weitergeleite. Fehler
können auftreten, wenn die Elektroden nicht gut fixiert sind, wenn die Haut verrutscht, wenn ein „Cross Talk“
stattfindet, oder wenn von außerhalb Elektromagnetische Wellen die EMG- Signale stört.
Aussagekraft von Elektromyogrammen für kinesiologische Untersuchungen,
Parameter und Verfahren der EMG-Auswertung
5. Modellbildung und Simulation
Definitionen
Bei einem Modell handelt es sich um eine vereinfachte Beschreibung eines realen, geplanten oder eines gedachten
Systems. Er dient zum Erkenntnisgewinn (Diagnose und Prognose), Kenntnisvermittlung (Veranschaulichung und
Verständnis komplexer Systeme) und als Ersatz der Funktion dynamischer Systeme (künstliches Kniegelenk)
Modellarten
• Mathematisch vs. Physikalisch (Gleichung oder dingliche Realisierung)
• Struktur vs. Funktionsmodell ( 3 D- Visualisierung oder Gebrauch
• White Box vs. Black Box ( bekannt vs. Unbekannt)
• quantitativ vs. Qualitativ (Problem der Messbarmachung z. B. bei Eiskunstlauf)
Beispiele
• Arbeitsphysiologie: Optimierung der Interaktion zwischen Mensch und Arbeitsgerät, Prävention von
Berufsschäen, Entwicklung von Robotern
• Orthopädische Biomechanik : Ganganalyse, Druckverteilung in den Gelenken, Gestaltung von Prothesen,
Kontrolle von Rehabilitationsprozesse
• Sportbiomechanik: Verhalten des Muskel- Sehnen- Komplexes, Berechnung von Gelenksbelastungen
Kap.5: Biomechanische Prinzipien
Bedeutung und Begriffsbestimmung
Prinzipien sind allgemeine, den Gesetzen untergeordneten Grundsätze, die das Verhalten von meist komplexen
Systeme beschreiben. Mathematische Formulierungen sind für das komplexe System Lebewesen oft nicht möglich.
Klassisches bio. P. nach Roux: Prinzip der funktionellen Anpassung: Reaktion eines biologischen Systems auf
Veränderungen äußere Bedingungen durch systemerhaltende Anpassung.
Biomechanische Prinzipien müssen biologische Charakteristiken mit mechanischen Gesetzen vereinbaren.
Prinzipien nach HOCHMUTH
Biomechanisches Prinzip der Anfangskraft
Durch eine entgegengesetzte Schwungbewegung wird eine Gegenkraft erzeugt, die wiederum in Richtung der
Hauptbewegung wirkt und diese somit verstärkt.
Muskelphysiologisch gesehen verfügt ein vorgedehnter Muskel über eine größere Spannkraft als ein nicht
vorgedehnter Muskel.
Der κ -Wert ist definiert als das Verhältnis von Bremskraftstoß und Beschleunigungskraftstoß:
κ = Bremskraftstoß / Beschleunigungskraftstoß
Biomechanisches Prinzip der Gegenwirkung
Bewegung des einen Teilkörpers ruft entgegen gesetzte des anderen Teilkörper aus> verdrillen von Oberkörper und
Hüfte. Ausnutzung des 3. Newton´sche Axiom
Es gibt zwei Gruppen von Wechselwirkungen: Freies System> Körper befindet sich in der Luft; zweckmäßige
Körperhaltung für Flug und Landung.
Stütz relativ zur Erdoberfläche> durch das Verdrillen von Hüft- und Schulterpartien wird der Beschleunigungsweg
vergrößert > Kraftwirkung und Zielsicherheit wird vergrößert (Ballwurf, alpiner Skilauf)
Biomechanisches Prinzip der Drehimpulserhaltung
Anwendung des Drehimpulserhaltungssatzes im Sport: Eiskunstlauf, Reckturnen. Rotation: Drehimpuls: L= J* ω
> wird J kleiner, so wird ω größer, und umgekehrt> = konst.
Massenträgheitsmoment: Das Trägheitsmoment eines Körpers beschreibt die Eigenschaft, wie schwer er in Drehung
zu versetzen ist, es ist abhängig von seiner Masse, und Form, Abmessungen und Massenverteilung und deren
Abstand zur Drehachse. (Drehschemelversuch)
Drehimpulserhatlungssatz: ∑F= 0> J * ω= konst.
Biomechanisches des optimalen Beschleunigungsweges
Ist für Körperbewegungen, mit denen eine hohe Endgeschwindigkeit erzielt werden soll, diese wird während des
Zurücklegens eines Weges erzeugt.
Die Beschleunigungsleistung wird während des Beschleunigungsvorganges bereits die maximal mögliche
Beschleunigungsleistung erreicht, fällt die Beschleunigungskraft ab.
Geometrisch, der Weg sollte a) geradlining z.B. O`Brian- Technik im Kugelstoßen: mehrmaliges Umlenken wird
vermieden, b)stetig gekrümmt sein, > Rotationsbewegung: der Beschleunigungsweg kann durch Mehrfachdrehung
vergrößert werden (z.B.: Diskus, Hammer)
Biomechanisches des optimalen Tendenz im Beschleunigungsverlauf
Die max. Beschleunigungskraft kann nur kurzzeitig und nicht von Anfang bis Ende des Beschleunigungsstoßes
aufgewendet werden, wann die maximale Beschleunigungskraft eingesetzt wird, hängt im Wesentlichen von der
Zielstellung der Bewegung ab, z.B. beim Kugelstoßen am Ende, und beim Boxen am Anfang.
Wenn eine größtmögliche Endgeschwindigkeit erreicht werden soll, so ist ein dauerhafter und steigender
Beschleunigungsverlauf nötig.
Biomechanisches der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen
Maximierung von Einzelimpulse ist nicht immer sinnvoll, darüber hinaus ergeben maximale Ausholbewegungen
nicht unbedingt maximale Impulse.
Hochsprung: aufsummieren der Teilimpulse: Anlauf p1, Armeinsatz, Schwungbeinsatz und Beinstreckung es ist
zweckmäßig, dass die Körperteile nacheinander einen Teilimpuls erhalten uns sich somit der Gesamtimpuls
vergößert.
Die Kraftwirkungen, die die einzelnen Körpersegmente ausüben, verursachen Gegenkräfte, die positiv ausgenutzt
werden sollen und sich nicht negativ einwirken lassen.
Rechnungen
10. Wie viel Arbeit wird auf einen Fahrradergometer verrichtet, wenn man drei Minuten lang mit einer Leistung von
270 Watt in die Pedale tritt. Geben sie das Ergebnis in der SI- Einheit an.
P= W/t > W= P*t
3 min * 60 = 180 sek
W= 270 * 180= 48600 Joule
11. Beim Bodenkontakt eines Läufers treten Beschleunigungen von bis zum Dreifachen der Erdbeschleunigung auf.
Welche Belastungsspitzen sind demnach bei einem 60 kg schweren Läufer zu erwarten?
F= m *a
F= 60*3*10= 1800 N
Rotationsbewegungen:
Winkelgeschwindigkeit: v= ω* r
Zentripetalbeschleunigung: a= (v^2)/r = (ω^2)* r
Tangentialbeschleunigung: at= a0* r
Drehzahl: ω= (2 Π*n)/ 60
Frequenz: ω= 2 Π*f
Umlaufzeit: T= 1/f
Drehmoment: M= F*r
Rotation: Drehimpuls: L= J*v
Translation: Impuls: p= m* v
Satz von Steiner: Ja= Js + m* s^2
Ja= Trägheitsmoment eines Körpers, Js=T. der Schwerpunktachse
Leistung: P= W/t [Joule/s] oder [ Watt]
Bremsleistung: P= F* s [ Nm]
Energien:
Kinetische Energie: E= ½ * m +v ^2
Rotationsenergie: E= ½ * J* ω^2
Potentielle Energie: E= m* g* h
Rotationsenergie: W= ½ * J* ω^2
Arbeit = F* s [ Nm]
Statischer Druck: p= F/A
Schweredruck: ps= Fg/A> Fg= m*g > m= ρ* A* h> ps= ρ* g* h
Strömungswiederstand: F= ½ *c* ρ* A* v^2
c= Wiederstandsbeiwert