sportbiomechanikii

Sportbiomechanik 2
Körperstreckung aus der Hocke
25 Bilder/s = 40ms Bildwechsel
nach Streckung → Entlassung
Bewegungskonserve
Dynamometrie = Kraftmessung
Skopie = Anzeige
F
t
maximale Streckung
Gemessenes dynamisches Bewegungsmerkmal Kraft Fz(t)
 Impulsbetrachtung
 Kurvendiskussion
Horizontal X
Transversal Y
Vertikal Z
Direkte Kraftmessung
F
Ex
Ex
NS NS
Bewegungsbeginn
t
maximale Streckung
Ex
Dynamik zur Kinematik
Indirekte Kraftmessung
v
Geschwindigkeit
t
s
Weg
Ex
Ws
t
Über Integration der Kraft und Masse → Geschwindigkeit
Über Differenzierung
von F zu v und s
von s zu v und F
Vorlesung
Thema: Biomech. Bewegungsanalyse azyklischer Bewegungen
3.1.Landebewegung
„weiche Landung“
Bewegungszielstellung: weiche Landung, d.h. geringe Beanspruchung des Bewegungsapparates
Bewegungsaufgabe:
Aufprallgeschwindigkeit minimieren
Kraft – Zeit – Diagramm
Kraft (F) in N
1700
Zeit (t) in s
4
„harte Landung“
Bewegungszielstellung: harte Landung, d.h. starke Beanspruchung des Bewegungsapparates
Bewegungsaufgabe:
durch Muskelkontraktion schnell in Stand kommen
Kraft (F)
10000
2000
2
Zeit (t)
3.2.Nieder – Hoch – Sprünge
Bewegungszielstellung: kurze Bodenkontaktzeit hohe Reaktivkraftwirkung
(Übung für die Ausbildung der spezifischen Reaktivkraft) durch reaktive
Spannungsfähigkeit im Dehnungs-– Verkürzungszyklus der Beinextensoren)
Bewegungsaufgabe:
von 60cm Höhe, so schnell wie möglich nach unten und wieder zurück
Kraft (F)
5000
4000
1,0
1,5
Zeit (t)
4. Beitrag der Sportbiomechanik zur Entwicklung sportmotorischer Fähigkeit
4.1.Biomechanische Grundposition zu den sportmotorische Fähigkeiten
Begriffdefinition „sportmotorische Fähigkeiten“
Psycho-physische Leistungsvoraussetzungen für das Erlernen und Vollbringen körperlicher
Bewegungshandlungen.
Die Elemente (Bestandteile) des menschlichen Bewegungssystems als funktioneller Träger objektiv
nachweisbarer elementarer Eigenschaften sind hinsichtlich spezieller motorischer Anforderungen
unterschiedlich verdoppelt.
Da sie in ihrer Gesamtheit auch von psychischen Fähigkeiten (z.B. volitiven Eigenschaften) geprägt
werden, es gibt sich aus diesem komplexem Zusammenwirken eine neue Qualität.
 Derartige komplexe körperliche Leistungsvoraussetzungen werden also als sportmotorische
Fähigkeiten bezeichnet.
Zur Einteilung sportmotorischer Fähigkeiten
Sportliche Bewegung
• in der Phase der Rehabilitation
• im Freizeit und Breitensport
• im Leistungssport
Spezielle Bewegungsfertigkeit
Sportliche Technik / Bewegungsvorgabemodell
Sportmotorische Fähigkeit
Vorraussetzung
konditionelle / energetisch
determinate Fähigkeit
koordinative / informelle
determinate Fähigkeit
Bedingungen
Sportmotorische (körperliche)
Fähigkeit
Intellektuelle Fähigkeiten
Konditionelle Fähigkeit
Kraftfähigkeit
Maximalkraftfähigkeit
Koordinative Fähigkeit
Schnelligkeitsfähigkeit
Schnellkraftfähigkeit
Psychisch – moralische
Fähigkeiten
Ausdauerfähigkeit
Ausdauerfähigkeit
Merke:
 Es existiert ein enger funktionaler Zusammenhang zwischen den einzelnen Fähigkeiten und der
sportlichen Bewegungsleistung
 Die verschiedenen motorische Fähigkeiten sind im Trainingsprozess nicht isoliert entwickelbar
sondern nur akzentuiert.
Auf der Ebene der Mechanik abbildbare und damit objektivbare elementare Eigenschaft des
menschlichen Bewegungsapparates zur Kennzeichnung des Ausprägungsgrades physischer
Leistungsvoraussetzung für das Vollbringen körperlich – sportlicher Bewegungshandlungen.
Aktiver Bewegungsapparat
Passiver Bewegungsapparat
• Reizleitgeschwindigkeit
• rotatorische Freiheitsgrade
• Latenzzeit
• Amplitudenbereich
Nervensystem
Gelenke
• Betrag / Wirkungsrichtung • Festigkeit und Belastung
der Kontraktionskraft
• Lähmung der Knochenhebel
• Spannungs- Dehnungsverhältnis
Muskulatur
Knochen
• Muskelkraftmoment
• Äußeres Moment
4.2.Konditionelle / energetisch determinate Fähigkeit
4.2.1Maximalkraftfähigkeit und ihre biomechanische Indikation
Definition:

Maximalkraftfähigkeit (MKF)
Die Muskelkraft ist eine konditionelle Fähigkeit und Voraussetzung willkürlicher
Muskelkontraktionen (bei maximaler Anstrengung) so auszuführen, dass max. Kräfte entwickelt
(max. Kraftwerte gemessen) oder maximale Lasten bewegt werden können.
Ihre Ausprägungsgrad hängt insbesondere ab:
- von der nervalen Aktivierung einer max. Anzahl motorischer Einheiten
- den Grad der Mobilisierung energetischer Phosphatverbindungen
- den Muskelquerschnitt


Von der Spezifik der Sportart bzw. der sportlichen Bewegung hängt es ab welche Muskelgruppe
einer kinematischen Kette dabei von Interesse sind.
Indikationsmöglichkeiten
Kraft (F)
●
statisch
Fmax
dynamisch
Zeit (t)
Statische Arbeitsweise →
Fmax[N]
← dynamische Arbeitsweise
Biomechanische Einflussfaktoren auf das Test- / Diagnoseergebnis

Arbeitsbedingungen Freiheitsgrade
z.B. Bank sitzend Hantelmasse wird einmalig nach oben bewegt konzentrische
Kontraktionsformen, vorrangig die Armstrecker
Fall 1



Hantelstange im Gleitgerüst
→ 1 Freiheitsgrad
Fall 2
frei bewegliche Handelstange
→ 6 Freiheitsgrad
Arbeitsbedingungen bezüglich der beteiligten Muskulatur
Arbeitsbedingungen bezüglich der Körperposition / Anteile der beanspruchten kinematischen
Kette
(liegend weniger Kraft)
Beinpresse
(sitzend mehr Kraft)
Beindruck
Arbeitsbedingungen bezüglich der Körpergliederposition /Gelenkwinkeleinfluss
Merke: Nur im Bereich des
Gelenkwinkels bei dem die
Muskellänge seiner Ruhelänge entspricht kaum die
größte Muskelspannung
entwickelt werden
400
0

30
60
90
120 Gelenkwinkel(Grad) statisch Fmax = t [φ] * [φ – Gelenkwinkel]
Arbeitsbedingungen bezüglich der Körpergliederposition / Gewichtskraftwirkungslinie / Betrag
des äußeren Moments
1.
2.
M1 < M2
r1 < r2
FG * r1 < FG * r2
Zusammenfassung Einflussfaktoren auf das Maximalkraftfähigkeits- Test bzw. – Diagnoseergebnis
-
Grad der Aufwärmung
Arbeitsweise, Kontraktionsform, Arbeitscharakteristik
Länge von innen und äußeren Hebelarmen
Arbeitswege der jeweiligen Muskulatur
Grad der Vordehnung der aktiven Muskulatur
Winkelstellung zwischen den Gelenkgliedern / Gelenkwinkel
Optimales Zusammenwirken von Agonist und Antagonist
Größe der Freiheitsgrade der zu bewegenden Last
Kin. Kette (Anzahl der Glieder und Gelenken zwischen Widerlager und Last)
4.2.2.Schnellkraftfähigkeit und ihre biomechanische Indikation
Definition Schnellkraft in der Literatur (Auszüge)









„hohe“ Kraftwerte in kürzester Zeit (Röthing 76)
„möglichst hohe Kraftwerte pro Zeiteinheit realisieren.“ (Bührle 85)
„ Schnellkraft ist diejenige Kraft pro Zeiteinheit, die willkürlich innerhalb eines bestimmten
Bewegungsablaufes entfaltet werden kann.“ (Hoffmann 76)
„Schnellkraft ist die Fähigkeit ein Maximum an Energie für eine explosive Handlung
aufzubringen.“ (Gratty 75)
„ ... eine möglichst schnelle Kontraktion des Muskels zu erreichen.“ (Fetz 72)
„momentane Schnellkraft ist die muskulär entwickelte momentane Beschleunigungskraft, die
gegen eine äußere Kraft wirkt.“ (Hochmuths 79)
„SKF (Explosivkraft) kennzeichnet die Bewegung, die eine Entwicklung bedeutender
Krafteinsätze in minimaler Zeit erfordern.“ (Verchoanki 71)
„Schnellkraft ist die Fähigkeit, Bewegungen gegen submaximale Widerstände mit hoher
Geschwindigkeit durchzuführen.“ (Letzler 90)
Schnellkraft ist die Fähigkeit, optimal schnell Kraft zu bilden (Martin, Carl, Lenertz 91)
Schnellkraftfähigkeit → wichtige konditionelle Leistungsvoraussetzung bei schnellkräftigen Bewegungen
Bewegungsbeispiele:
- Sprünge (Hoch, Weit, Sprungwurf)
- Abwürfe / Abstoß (Speer, Kugel, Diskus)
- Schläge (Boxen, Karate)
- Stiche (Fechten)
„Freiburger – Ansatz“ zur Strukturierung des Schnellkraftverhaltens (nach Bührle, Schmidtbleicher)
Kraft
Indikator
Fmax
3. Phase F max_iso
2. Phase ∆ F / ∆ t
∆F
F30
∆t
FSTK
Kraftfähigkeit
Maximalkraftvermögen
(isometrisches)
Schnellkraftvermögen
Explosivkraftvermögen
ExK
Startkraftverhalten
STK
1.Phase Fmax / ∆ tFmax Schnellkraftindex
30 ms
∆ tFmax
Kmax
SKI
Zeit
Definition: Startkraftverhalten (STK) (nach Bührle)




Das STK ist die Fähigkeit der Muskeln zu einer schnellen Entwicklung des Krafteinsatzes im
Anfangsmoment der Anspannung
Es ist eine Konstante Größe für den momentanen funktionellen Zustand des Organismus und dem
Trainingszustand
Es ist unabhängig von der Größe des zu überwindenden Widerstandes
Es ist nur abhängig von der Kontraktionsgeschwindigkeit des Muskels, d.h. von der funktionellen
Fähigkeit des Muskels eine bestimmte Geschwindigkeit zu Beginn der Kontraktion / zu beginn
ihres Zusammenziehens zu erreichen.
Determinierende Faktoren des STK: - die neuronale Muskelaktivierung
- das Muskelfaserspektrum
Definition: Explosivkraftvermögen (ExK) (nach Bührle)



das ExK kennzeichnet die Fähigkeit zu Bewegungsausführung, die eine Entwicklung bedeutender
Krafteinsätze in minimaler Zeit erfordern.
Es ist in bestimmten Bereichen abhängig von der Größe des zu überwindenden Widerstandes.
Deshalb muss seine Objektivierung bei dynamischer Arbeitsweise gegen Widerstände nicht mehr
unter 60 bis 80 % des Maximums oder statischer Muskelspannung bei maximaler Anstrengung
erfolgen.
Es ist abhängig vom Maximalkraftvermögen.
Determinierende Faktoren des ExK: - die Muskelquerschnittsfläche
- der Anteil der schnellen Fasern (FT) im Muskelfaserspektrum
Kraftkomponenten einer dynamischen Kontraktion
Kraft
Fmax
∆F
Indikator
Kraftfähigkeit
F max_dyn
Maximalkraftvermögen
(dynamisches)
Schnellkraftvermögen
Explosivkraftvermögen
ExK
Startkraftverhalten
STK
∆F/∆t
∆t
F Last
F30
FSTK
Fmax / ∆ tFmax Schnellkraftindex
30ms
∆ tFmax
Zeit
Kraft – Zeit – Verlauf gegen Last (nach Werschoshanskij, 1972)
Kraft
150
100%
80%
100
60%
40%
50
20%
0,2
1,0
Zeit (sec)
Kmax
SKI
Zur Schnellkraftdefinition aus biomechanischer Sicht

die Schnellkraftfähigkeit ist eine konditionelle Fähigkeit und komplexe Leistungsvoraussetzung
um Widerstände mit hoher Bewegungsgeschwindigkeit zu überwinden bzw. bei zunehmender
Bewegungs- / Kontraktionsgeschwindigkeit noch hohe Kräfte entwickeln zu können.
Ihr Ausprägungsgrad hängt (bei meist submaximalen Widerständen) ab:
- von der Rekrutierungsrate und Synchronisation besonders der schnell kontrahierenden
Muskelfaser in kürzester Zeit
- von einem hohen Niveau der intermuskulären Koordination (bei explosiver Aktivierung)
der Synergisten und gleichzeitigen „Hemmung“ der Antagonisten)
- von einer maximalen Spaltung energiereicher Phosphate

Zusammenhang Kraft – Geschwindigkeit (nach Raiston)
max. Geschwindigkeit (cm/s-1)
am einzelnen Muskel (Hillsche Gleichung)
V = (P0 – P) * b
P+a
120
100
V … Verkürzungsgeschwindigkeit
P0 … max. isometrische Kraft
P ... Last
a ... Kraftkonstante (a / P0 ~ 25)
b ... Muskellängenkonstante
0

200
Kraft (N)
SKF – Indikation in Abhängigkeit von der Bewegungszielstellung
Bewegungszustellung
Indikatoren
SKF (Schnellkraftindex)
Fmax
∆ t Fmax
- Ein vorgegebener Wert soll in kürzester Zeit
überwunden werden.
(d.h. explosiv – ballistische Krafteinsätze;
z.B. Boxen, Fechten)
- über einen vorgegebenen Weg soll eine maximale
Endgeschwindigkeit erreicht werden.
(Schnellkraftsportarten;
z.B. Springen, Kugelstoßen, Boxen Ko-Schlag)
- über einen vorgegebenen Weg sind hohe mittlere a.
Geschwindigkeiten bei geringeren
Zyklusgeschwindigkeiten zu erzielen
b.
(zyklische Bewegungen;
z.B. Rudern, Schwimmen)
Pgesmax = (Fges * vi)max
ExK
∆F
∆t
Pgesmax = (Fges * vi)max
4.2.3.Kraftausdauerfähigkeit und ihre biomechanische Indikation
Kraftausdauerfähigkeit → wichtigste konditionelle Leistungsvoraussetzung in den
Ausdauersportarten/ bei zyklischen Bewegungsausführungen
- Bewegungsbeispiele:
Laufen, Schwimmen, Rudern, Ski laufen, Radfahren, Paddeln, Eisschnelllauf
Definition: Kraftausdauer



„ ... ist die Ermüdungswiderstandsfähigkeit des Organismus bei lang andauernden
Kraftleistungen.“ (Harre 70)
„ ... ist die Fähigkeit Kraftleistungen über einen durch die sportliche Tätigkeit bestimmten
Zeitraum aufrecht- bzw. den ermüdungsbedingten Abfall im Kraftniveau gering halten zu
können.“ (Letzler 86)
„ ... ist die Fähigkeit bei einer bestimmten Wiederholungszahl von Kraftstößen innerhalb eines
definierten Zeitraumes die Verringerung der Kraftstoßhöhen möglichst gering zu halten.“ (Martin,
Carl, Lehnertz 91)
Differenzierung der Kraftausdauerfähigkeit (KAF)
Kraftausdauerfähigkeit
Arbeitsweise der Muskulatur
(Kontraktionsform)
statistischer Krafteinsatz
(isometrisch)
Belastungsform
konstant
(intermitierend)
Belastungsdauer / Größe
Der Krafteinsätze
Energiebereitstellung
50 – 80%
anaerob
laktazid
dynamischer Krafteinsatz
(isotonisch / auxotonisch)
azyklische
Bewegungen
kurz
>80% 60-80%
zyklische
Bewegungen
mittel
30-60%
anaerob
anaerob/aerob
alaktazid
laktazid
lang
<30%
vorwiegend aerob
Allgemeine Definition der KAF
Die Kraftausdauerfähigkeit ist eine komplexe konditionelle Fähigkeit und Leistungsvoraussetzung die es
dem Sport treibenden Menschen ermöglicht, über eine bestimmte Zeit
Bewegungen mit gezielten Kraftanforderungen bei hohem
Ermüdungswiderstand zu vollbringen.
Ihr Ausprägungsgrad wird determiniert






von den volitiven Eigenschaften (Motivation)
von den Funktionsniveau zentraler biologischer Systeme (z.B. Nervensystem, endokrines System,
Herz-Kreislauf-System, Atmungs- und Stoffwechselsystem)
von der Belastungsanpassung der speziellen Skelettmuskulatur
von der Bewegungsfertigkeit beim Ausführen der speziellen Testbewegung
von der Bewegungsfrequenz
von der Bewegungsamplitude (im Einzelzyklus)
Zusammenhang der Größen des Widerstandes
Größe der bewegten Masse und der Anzahl von Bewegungswiederholungen
Zusatzmasse (%)
100
60
0
5
10
15
20
25
30
35
Wdh
Untersuchungsergebnis von 10. Gewichthebern (beim Bankdrücken) mit den Armen
Die max. Wiederholungsanzahl in Abhängigkeit von der bewegten Masse.
Diagnose der KAF in ausgewählten Themenfeldern des Sports
Textaufgabe
Last halten bzw. gegen
Widerstand drücken (z.B.
Rehabilitation im Rahmen
von Funktionsdiagnosen)
Wiederholtes Halten einer
Last (z.B. beim
Sportklettern)
Randbedingung
Indikatoren
Statischer KAF
1. Fmax ermitteln
• Haltezeit ∆t in s
2. bestimmter Prozentsatz • Ziel: maximale ∆t - Werte
der max. statischen Kraft
Intermittierender (statisch) KAF
1. Fmax ermitteln
• Gesamtzeit ∆t (s) entspricht auch der
2. 70% Fmax bestimmen
Wiederholungszahl (n)
3. Haltedauer 10s Pause
• Ziel: max. ∆t – Werte
10s
Allgemeine dynamische KAF
1. Fmax ermitteln
• Wiederholungszahl (n)
2. bestimmte Prozentsatz
• Ziel: max. Höhe (m)
der max. statischen Kraft
3. Bewegungsfrequenz
Vorgabe (akustisch/
optisch)
Spezielle dynamische KAF
Durchfahren einer
1. konstante Gesamtmasse • Differenz zwischen max. und min.
Wettkampfstrecke mit
2. konstante
Kraftimpuls
einem „Messboot“ (z.B.
Bewegungsfrequenz
• Ziel: kleine ∆ Kraftimpuls
Rudern, Kanu)
3. konstante äußere
Bedingungen
Biomechanischer Indikator der dynamischen KAF
Widerstände durch Zug- /
1. Widerstandskraft ≥ 30% • ∆t bis Randbedingungen 2 und 3 nicht
Druckbewegung von
von Fmax
mehr eingehalten werden können
körperlichen Körperteilen
2. konstante
• Wges (Arbeit)
überwinden
Bewegungsfrequenz
 Schnellkraftausdauerfähigkeit:
3. konstante
 - ∆ PGesmax (Zyklus) (Leistung)
Bewegungsamplitude
4. konstante
Rahmenbedingungen der
Testdurchführung
Drücken mit den Beinen
oder Arm gegen eine Last
(z.B. in der physische
Medizin / Rehabilitation
Bestimmung der Widerstandskraft / -last (30% von Fmax Mittelzeitausdauer)
F Last
0,17m
Vorlesung
Fmax Arme
F Last = F Arme * 0,86m
0,17m
F Last = 7167N
30% F Last = 2150N
mLast = 21,5Kg
0,86m
Thema: sportliche Technik und Bewegungsmerkmale
Sportliche Technik (Leitbild)
Orientierungsregulation
Ausführungsregulation
(„inneres Modell“ schaffen) (zu regulierende Organ)
Kontrollregulation
Antriebsregulation
(IST–SOLL–Vergleich)
Komplex bewusst
Regulierter Handlungen
nicht bewusstseinspflichtige
regulierte (sensomotorische)
Teilhandlungen bzw. Teilbewegungen
Sportliche Bewegung
4.3. Darstellung / Widerspiegelung der Sporttechnik
Darstellungsvarianten orientieren sich nach:



ihren Zweck - für das Erlernen elementarer „Grundtechniken“
- als Vorgabe für sporttechnische Vervollkommnung
- Leitbild für das Ausbilden einer „sporttechnischen Perfektion im Spitzensport“
erreichten wissenschaftlichen Erkenntnisstand
vorhandenen Objektivierungsmöglichkeiten
(Bewegungsmerkmale, die Soll – Ist – Vergleiche unterzogen werden sollen)
kinematische Bewegungsmerkmale (KBWM) dynamische Bewegungsmerkmale (DBWM)
- KBWM zur Darstellung der räumlichen
Bewegungsstruktur
- KBWM zur Kennzeichnung der räumlich
zeitlichen Bewegungsstruktur
- DBWM zur Kennzeichnung der Reaktionskraftwirkungen eines Widerlagers
- DBWM zur Kennzeichnung der Wechselwirkung
von Kräften / Momenten zwischen Körperteilen
- DBWM zur Kennzeichnung von Verformungen
des passiven Bewegungsapparates durch Kraft- /
Momentwirkung
Biomechanische Bewegungsmerkmale als eine Grundlage für die Darstellung sportlichen Techniken
Kinematische
• Weg
• Zeit
• Körperwinkel
• Geschwindigkeit
• Beschleunigung etc.
dynamische
• Kraft
• Impuls
• Drehmoment
• Antriebswinkel
• Drehimpuls
neuro-muskuläre
• Arbeit
• Energie
• Leistung
• Muskelaktionspotential (→EMG)
Bestandteile biomechanisch erarbeiteter Technikdarstellungen
1. Festlegung von Spezialbegriffen (Sportartenspezifisch)
2. Phaseneinteilung des Bewegungsablaufes (vollständig, einzeln)
3. ausführliche Beschreibung des Bewegungsablaufes und dessen optischer Darstellung
(Reihenbilder, Video, ...)
4. zu „Bildträgern“ synchrone Darstellung in Kennlinien
Form gefasster biomechanischer Bewegungsmerkmale mit nachgewiesener hoher Einflusshöhe
auf sportlichen Ergebnis
5. Kennzeichnung prognostizierter Leistungskennziffern
4.4. Kriterien der Zweckmäßigkeit sportlichen Technik
 globale Zielstellung
Schaffung von Erfolgserlebnissen in sportlichen Situationen
(Leistungserhöhung durch Effizierungssteigerung motorischer Antriebsmechanismen)
(Belastungsreduzierung bzw. Vermeiden von Fehlbelastungen)
Einschätzung der zweckmäßigsten Technik
1. allgemeine Kriterien:
- Effektivitätskoeffizient (X)
X=W/H
W … phys. Aufwand
H … sportlicher Leistungskoeffizient
2. trainingsmethodische Kriterien: - Technikerwerbsquotient (Y)
Y=T/N
T ... trainingszeitlicher Aufwand
N ... Realisierungsniveau
- Verletzungskoeffizient (Z)
Z=V/N
V ... Verletzungsquote
N ... Realisierungsquote
3. mechanische Kriterien:
- für zyklische Bewegungen Geschwindigkeitsfaktor (GF)
GF = (VS – VSDiff) / VSDiff
Ziel : GF – Wert
Maximum
VS ... Systemgeschwindigkeit
VSDiff ... Systemdifferenz im Einzelzyklus
- für azyklische Bewegungen Höhenquotient (H)
H = hKSP / hSprunghöhe
Ziel : H –Wert
Minimum
hKSP ... Körperschwerpunktshöhe
h Sp. ... Sprunghöhe
- Widerstandsquotient (ςw)
ςw = 2 * Fw / p Av2
Fw … Widerstandskraft
p … Mediendichte
4. biomechanische Kriterien:
- Bewegungsklassen bezogen auf biomechanische Prinzipien
Entwicklung und Erarbeitung sportlicher Technik
Abhängig u. a. von:
-
dem wissenschaftlichen Erkenntnisstand zu den ihnen (den Sporttechniken) zugrunde liegenden
Gesetzen
den Neu- / Weiterentwicklungen der Sportgeräte
dem momentan gültigen Wettkampfreglement
der Stellung des Sports / der Sportarten in der menschlichen Gesellschaft
der Sporthistorik etc.
Erarbeitung sportlicher Techniken in der Biomechanik
Arbeitswege:
Induktiv
deduktiv
- Analyse bei „Wettkämpfen“
realisierter Bewegungen
- Analyse unter
Laborbedingungen
- bei theoretische
Betrachtungen der
Bewegung
• Kinematographie
(Film, Video)
• Expertenbeobachtung
• Kinemetrie
• Kinematographie
• Speedometrie
• Goniometrie
• Dynamographie
• Elektrmyographie
• mathemat. – phys.
Modellbetrachtung
(Bewegungsgleichung)
• Simulationsberechnung
anhand von
Bewegungsgleichungen
Analyse unter
Experimentalfragestellungen
realisierte Bewegungen
Sporttechnisches Leitbild
Biomechanische Aspekte zu „Techniktrainingsgeräten bzw. -systeme“
Globale Zielstellung: Schaffung untersuchungstechnischen Voraussetzungen für „Soll – Ist –
Vergleichesdurchführungen“ anhand biomechanische „Technikmerkmale“ im
Rahmen des spezifischen Technik und Konditionstrainingsmittels:
1. Trainingslager (Systeme mit Feedback für Sportler)
2. Sportartspezifische Messplätze / mobile Diagnostiksystems
( komplexe technischer Systeme mit Sofort- /bzw. Schnellinformationsgebung an den Sportler und
Trainer)
Biomechanische Prinzipien
Biomechanische Prinzipien
Konstruktionsprinzipien
des menschlichen Körpers
Funktionsprinzipien
des menschlichen Körpers
aus biologischer Besonderheiten des menschlichen
Bewegungsapparates abgeleiteter biomechanischer
Prinzipien
Bewegungskreterische Prinzipien
zielgerichteter sportlicher Bewegungen
auf mechanische Gesetzmäßigkeiten
beruhend
Sportbiomechanische Aufgaben- / Bewegungslernen
mechanische Bedingungen
mechanische Ziele
1. Absprung / Abdruck vom starren Widerlager
Vmax, fmin
2. Abwurf / Abstoß eines Gerätes mit freien Endglied vom
starren Widerlager
Vmax, tmin
3. Abwurf / Abdruck von elastischen Widerlager
Vmax, tmin
4. Ordnung in freien Flug bzw. senkrechter Achsen in Stützphasen
J (opt. Veränderung)
5. Drehungen um feste bzw. elastische Achsen in der Schwerkraft
-entwicklung
optimale Energiezuführung
und Umwandlung
6. Abstoß vom Wasser frei zyklische Bewegungen
maximaler Wirkungsgrad der
Vortriebswirkung
(nach Hochmuth)
Ausgewählte sportbiomechanische Prinzipien
1. Art:
Gesetzesaussage / Basisaussage beruht auf mechanische Gesetze (Axiome)
- Prinzip der Gegenwirkung
- Prinzip der (Dreh-) Impulserhaltung
2.Art:
-
Gesetzesaussage beruht auf mechanische und biologische bzw. auf eine Verkopplung beider
Gesetzmäßigkeiten
Prinzip der Anfangskraft
Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges (Länge und Form)
Prinzip der optimalen Tendenz im Beschleunigungs- (-kraft) verlauf
Prinzip der optimalen Koordination von Einzelimpulsen
v
Absprunggeschwindigkeit in
Abhängigkeit vom χ – Wert
Der beidbeinigen Streckung
2 (Leistungssportler)
1 (junger Sportler)
0,3
0,4
0,5
χ
0,6
χ = Bremsstoß
Beschleunigungsstoß

Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges
Fa * sa = Ekin2 – Ekin1 = m * ( v22 – v12) / 2
Fa … Beschleunigungskraft
sa ... Beschleunigungsweg
falls Fa = konstant → ∆V = f (Sa)
kognitive Komponente:
FaM = f (Sa)
Begrenzende Faktoren für Sa:
- Wettkampfbestimmungen
- Rahmen – Bedingungen (WK)
- äußere Momente
∆Sa2
∆Sa1
FG
ra1
FG
FG
ra3
ra2
MAK1 = FG * ra1
MAK2 = FG * ra2
ra1 > ra2
MAK1 > MAK2
→ größeres Moment ungünstig für Absprung, obwohl längerer Beschleunigungsweg (Sa)
Form des Beschleunigungsweges
Kugelstoß
Weitsprung
Sy
Fz
2
+
A+ > A 1
-
FG
Sx
t

Prinzip des optimalen Tendenz im Beschleunigungs- (-kraft) verlauf
a
t
v
v (t) = v0 ∫a(t) dt
t
s
s (t) = s0 ∫v(t) dt
tmin
t
a.) Bewegungsausführung abhängig von Bewegungszielstellung
(z.B. Kugelstoß → maximale Endgeschwindigkeit → Fmax am Ende
Boxen
→ schnelle Vmax in kurzer Zeit
→ Fmax zu Beginn)
b.) Lage von Fmax in der F – t – Funktion → trainierbar
c.) Fmax nur „einmal“ bei Kraftäußerung auftretend

Prinzip der (Dreh-) Impulserhaltung
∫ MA (t) dt = ∫ d (J * ω)
Fω = 0
Fω ... Widerstandskräfte
J ... Massenträgheitsmoment (J = Σ mi * ri2)
Kognitive Komponente:
J1 * ω1 = J2 * ω2
Normative Komponente:
Ziel: ω2↓
Weg: J↑ , d.h. mKörper weg von Drehachse
Ziel: ω↑
Weg: J↓ , d.h. mkörper nah an Drehachse


Prinzip der Gegenwirkung
Prinzip optimaler Koordination von Teilimpulsen