2 Untersuchungsziele der Biomechanik des Sports
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Universität Augsburg, Bewegungs- und Trainingswissenschaft Prof. Dr. Norbert Olivier, Sprechstunde nach Anmeldung bei Frau Ewert, Zimmer 2108, Tel.: 0821/598-2808, vormittags Di. – Fr. Email: [email protected] Skript zur Vorlesung Bewegungswissenschaft I, „Grundlagen der Bewegungswissenschaft“ I Bewegungsanalyse I.1 Biomechanische Bewegungsanalyse 1 2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 Definition der Biomechanik des Sports Untersuchungsziele der Biomechanik des Sports Biomechanische Merkmale und Meßmethoden Überblick Biokinematische Merkmale (Auswahl) Biodynamische Merkmale (Auswahl) Körperschwerpunktbestimmung 1 Definition der Biomechanik des Sports “wissenschaftliche Disziplin, die die sportliche Bewegung unter Verwendung von Begriffen, Methoden und Gesetzmäßigkeiten der Mechanik beschreibt und erklärt“. (BALLREICH 1988a, 2) anders: (GUTEWORT 1993, 39-46) 2 Untersuchungsziele der Biomechanik des Sports (nach BALLREICH 1988b, 13) 2 3 Biomechanische Merkmale und Meßmethoden 3.1 Überblick (PREIß 1988, 55) Bezeichnung Symbol Einheit Zeit Länge Masse Winkel Massenträgheitsmoment Frequenz Geschwindigkeit Beschleunigung Winkelgeschwindigkeit Winkelbeschleunigung Impuls Kraft Kraftstoß Arbeit Drehimpuls Drehmoment Drehmomentstoß Energie Leistung t s m J f v a p F p W L M L E P [s] [m] [kg] [rad], [°] [kgm2] [1/s] [m/s] [m/s2] [1/s] [1/s2] [kgm/s] [N] [Ns] [Nm] [kgm2/s] [Nm] [Nms] [J] [W] (PREIß 1988, 56) 3.2 Biokinematische Merkmale (Auswahl) Geschwindigkeit v [m/s] Abfluggeschwindigkeit vertikal beim Hochsprung (H = 2,15m) Anlaufgeschwindigkeit zum Handstützüberschlag am Pferd Abfluggeschwindigkeit beim Weitsprung (W = 8m) Abwurfgeschwindigkeit beim Speerwurf (W = 70m) (modifiziert nach PREIß 1988, 60) durchschnittliche Werte [m/s] 5 7,5 9,5 27 3 (HOCHMUTH 1982, 18) vm s2 s1 s t 2 t1 t v lim t 0 m s s ds t dt Intrazyklischer Geschwindigkeit-Zeit-Verlauf des Hüftpunktes beim Kraulschwimmen (nach REISCHLE 1988) 4 Zusammenhang von Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Zeit-Verläufen (Sonderfall) (nach HOCHMUTH 1982, 29) tn 1 Sn 1 Sn v ( t )dt tn tn 1 Vn 1 Vn v(t )dt t t1n vn 1 vn vt dt tn Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdiagramm (allgemeiner Fall) (nach HOCHMUTH 1982, 31) 5 Winkel durchschnittlicher Wert [°] [rad] Neigung der Rumpfachse bei Beginn des Speer-Abwurfes Abflugwinkel beim Kugelstoßen (W = 20m) minimaler Kniegelenkwinkel des Stoßbeines beim Kugelstoßen -26 37 90 -0,45 0,65 1,57 (nach PREIß 1988, 63) Winkel Kreisbogen Radius 1 rad 1 (PREIß 1988, 63) Translation und Rotation (nach HOCHMUTH 1982, 17) Körperbezogene Winkel am Beispiel eines Läufers (PREIß 1988, 63) m m m 1 m 1 1 6 3.3 Biodynamische Merkmale (Auswahl) Ausgewählte Merkmale von Masse, Kraft, Impuls und Kraftstoß Masse m [kg] durchschnittlicher Wert [kg] Kugelmasse (Männer) durchschnittliche Körpermasse einer Stichprobe von 100 Turnern Hantelmasse (Olympiasieg 1984 Schwergewicht Zweikampf Stoßen und Reißen) Kraft F [F] 7,257 61,78,4 412,5 durchschnittlicher Wert [N] Maximalkraft beim Weitsprung – Absprung (m = 100kg, W = 7,50m) Maximalkraft an einem Ring bei der Riesenfelge (m = 60kg) 12000 2500 Impuls p [kg m/s] durchschnittlicher Wert [kg m/s] Abflugimpuls der Männerkugel (W = 22m) Absprungimpuls eines Weitspringers (m = 100kg, W = 8m) 100 950 Kraftstoß p [Ns] durchschnittlicher Wert [Ns] Horizontaler Kraftstoß beim Weitsprung – Absprung (Beschleunigungskraftstoß – Bremskraftstoß W = 7,5m, m = 90kg) Vertikaler Kraftstoß beim Weitsprung - Absprung (W = 7,5m, M = 90kg) (modifiziert nach PREIß 1988, 65 – 69) Kraft: 1N = 1kg m/s2 F Kraft = m = Masse a x Beschleunigung Kraftstoß: Ft=mat Setzt man für a t die Endgeschwindigkeit v in die Gleichung ein, folgt: Ft mv kg m N s s (HOCHMUTH 1982, 37) (HOCHMUTH 1982, 37) 100 300 7 Kraft-Zeit-Verlauf beim „squat jump“ Kraft-Zeit-Verlauf beim Stehen Fz [N] Fz [N] t [s] t [s] Kraft-Zeit-Verlauf beim „counter movement jump“ Kraft-Zeit-Verlauf beim Tiefgehen in die Hocke Fz [N] Fz [N] t [s] Kraft-Zeit-Verlauf beim Aufrichten aus der Hocke Fz [N] t [s] t [s] 8 9 F(N) t(s) 1. 2. V0z F t m h F m g v0 2 z 2g Beispiel zur Bestimmung der Sprunghöhe: 1. 2. Bestimmung der Masse: 921,63N : 9,81m/s2 = 93,95kg Bestimmung von v0z: 232,07Ns : 93,95kg = 2,47m/s Bestimmung von h: (247 m/s)2 : (2x9,81 m/s2) = 6,1009m²/s2 : 19,62 m/s2 0,31m 10 3.4 Körperschwerpunktbestimmung (BAUMANN 1988, 83) m yKSP = m1y1 + m2y2 + m3y3 + ... + m14y14 m xKSP = m1x1 + m2x2 + m3x3 + ... + m14x14 Daraus ergeben sich die Schwerpunktkoordinaten: YKSP 1 m1 y1 m 2 y 2 m14y14 1 m m XKSP 1 m1x1 m 2 x 2 m14x14 1 m m 14 my i i i 1 14 mx i i 1 (BAUMANN 1988, 83 – 84) Segment mi in % m ri in % li Kopf Rumpf Oberschenkel Unterschenkel Fuß Oberarm Unterarm Hand Kopf und Rumpf Bein Arm 7 43 14 4,5 1,5 2,7 1,6 0,7 50 20 5 50 44 44 42 44 47 42* * bezogen auf die Unterarmlänge (BAUMANN 1988, 84) i 11 Literaturverzeichnis: BALLREICH, R.: Einführung in die Biomechanik des Sports. In: BALLREICH, R. / BAUMANN, W. (Hrsg.): Grundlagen der Biomechanik des Sports. Probleme Methoden Modelle. Stuttgart 1988a, 112 BALLREICH, R.: Untersuchungsziele der Biomechanik des Sports. In: BALLREICH, R. / BAUMANN, W. (Hrsg.): Grundlagen der Biomechanik des Sports. Probleme Methoden Modelle. Stuttgart 1988b, 13-54 GUTEWORT, W. / SCHMALZ, T. / W EIß, T. (Hrsg.) 1993. GUTEWORT, W.: Biomechanik sportlicher Bewegungen als eine der naturwissenschaftlichen Grundlagen der Sportwissenschaft. In: GUTEWORT, W. / SCHMALZ, T. / W EIß, T. (Hrsg.): Aktuelle Hauptforschungsrichtungen der Biomechanik sportlicher Bewegungen. Sankt Augustin 1993, 39-46 HOCHMUTH, G.: Biomechanik sportlicher Bewegungen. Berlin 1982 PREIß, R.: Biomechanische Merkmale. In: BALLREICH, R. / BAUMANN, W. (Hrsg.): 1988, 55-75 REISCHLE, K.: Biomechanik des Schwimmens. Bockenem 1988
