Biomechanische Prinzipien Schriftlich

Liebe Sport-Lkler,
genießt die Zeit ohne Kurs, vergesst aber nicht unser langfristiges
Trainingsziel – das Abitur! Unten eure Aufgaben bis Dienstag, 02.
März. Das Schriftliche werde ich einsammeln! (Rechnet mit ca. 2-3
Stunden Bearbeitungszeit)
Viele Grüße,
U. Ruckdäschel
Mündlich:
• - Weineck III, S. 59-73
• - www.sportunterricht.de  LK Sport:
Biomechanische Prinzipien
Schriftlich:
• Abituraufgaben: Folie 59 – Nr.3+4
Folie 61 – Nr. 2+4
Bewegungslehre
Die biomechanische
Betrachtungsweise
Biomechanische Prinzipien:
Der Begriff wurde entwickelt von Hochmuth, 1982:
„Prinzipien zur rationellen Ausnutzung von mechanischen
Gesetzen.“
Weineck: „Gesetzmäßigkeiten über die Zweckmäßigkeit
einer Bewegung.“
Baumann: „Die Allgemeingültigkeit sämtlicher Prinzipien
wird durch sportartspezifische Bedingungen
eingeschränkt, was dem Charakter eines Prinzips
widerspricht. […] Die dargestellten Prinzipien sind bei
kritischer Anwendung hilfreiche Leitlinien bei der
Beurteilung sportlicher Techniken, Prinzipien im strengen
Sinne allgemeingültiger Grundsätze sind es nicht."
(in: Willimczik 1989, S.98)
Kritische Betrachtung
•
"Die biomechanischen Prinzipien stellen zwar eine bestimmte
Verallgemeinerung von Erkenntnissen über die
Zweckmäßigkeit sportlicher Bewegungen dar, jedoch trifft
nicht jedes dieser Kriterien auf alle Strukturen und
Zielstellungen der sportlichen Bewegungsabläufe zu. Sie sind
also keine Kriterien von umfassender Allgemeingültigkeit,
sondern letztlich doch nur spezifische Kriterien" (HOCHMUTH
1971, 149).
Baumann: „Die Allgemeingültigkeit sämtlicher Prinzipien wird
durch sportartspezifische Bedingungen eingeschränkt, was
dem Charakter eines Prinzips widerspricht. […] Die
dargestellten Prinzipien sind bei kritischer Anwendung
hilfreiche Leitlinien bei der Beurteilung sportlicher Techniken,
Prinzipien im strengen Sinne allgemeingültiger Grundsätze
sind es nicht."
(in: Willimczik 1989, S.98)
1. Das Prinzip des optimalen
Beschleunigungsweges
2. Das Prinzip der optimalen Tendenz
des Beschleunigungsweges
3. Das Prinzip der Anfangskraft
4. Das Prinzip der Koordination der
Teilimpulse
5. Das Prinzip der Gegenwirkung
6. Das Prinzip der Impulserhaltung
1. Das Prinzip des optimalen
Beschleunigungsweges
Eine konstante Kraft gibt einer Masse eine umso
höhere Endgeschwindigkeit, je länger die Kraft auf
die Masse einwirkt.
• Ziel: Erreichen einer maximalen Endgeschwindigkeit
mittels optimalem Beschleunigungsweg
• Voraussetzung: optimal langes Einwirken der hohen
beschleunigenden Kraft
F=m*a=m*(∆v:∆t) → ∆v=(F*∆t):m
Einflussfaktoren auf den optimalen
Beschleunigungsweg
Länge der
Beschleunigung
- ∆v=(F*∆t):m
- sportartspezifische
Regeln
- physiologische
Einschränkungen
Form des
Beschleunigungsweges
- geradlinig (Angleiten)
- gekrümmt (Drehstoß)
(Vorteil: lange
Bewegungsbahn
Nachteil: Einhalten der
besten
Bewegungsbahn)
RückenstoßtechnikRotationstechnik
Kugelstoß: Rückenstoßtechnik
Vgl. www.sportunterricht.de
O‘Brian – Technik animiert
Beschleunigungsweg beim
Hammerwurf
Hammerwurf animiert
 Nicht maximaler, sondern der
optimaler Beschleunigungsweg
Physiologisch: Die Vordehnung des Muskels
spielt eine entscheidende Rolle bei der Wahl
des optimalen Beschleunigungsweges.
(Sarkomerlänge, Arbeitswinkel der Gelenke)
Technisch:
- Körperschwerpunktsenkung (VB Angriff)
- Anlauf (Sprünge)
- Verwringung (Diskus)
- Bogenspannung (Angriffsschlag)
2. Das Prinzip der optimalen Tendenz
des Beschleunigungsverlaufs
(Ergänzung des Prinzips des optimalen Beschleunigungsweges)
Zu welchem Zeitpunkt muss die maximale
Bewegungsgeschwindigkeit erreicht sein?
Karate: sehr schnelle Kraftentwicklung zu
Beginn der Bewegung; kurze Wege
Wurf: hohe Endgeschwindigkeit wichtig
3. Das Prinzip der maximalen
Anfangskraft
Bewegungen mit Ausholbewegungen
verlängern den Beschleunigungsweg
und vergrößern die Anfangskraft.
Dabei gilt: Bewegungen, bei denen
eine hohe Endgeschwindigkeit
erreicht werden soll, müssen durch
eine entgegen gesetzte Bewegung
eingeleitet werden.
Physikalische Begründung:
- Vergrößerung des Kraftstoßes durch
Abbremsen der Gegenbewegung (bei flüssiger
Bewegungsabfolge!)
Biologische Begründung:
- Die Vordehnung des Muskels und ein optimaler
Arbeitswinkel erhöhen die maximale Anfangskraft.
- Beim Abstoppen der Ausholbewegung wird die
kinetische Energie in den elastischen
Komponenten gespeichert.
- Negative Muskelarbeit bewirkt höhere Intensitäten.
- Muskeldehnungsreflex: Muskelspindeln 
Dehungs-Verkürzungszyklus
Ballhochwurf ohne Ausholbewegung
Ballhochwurf mit Ausholbewegung
Hier startet die Bewegung wie in der
vorherigen Folie; C = Beginn des Wurfes
Fehlerbilder?
Vgl. www.sportunterricht.de
Auswertung: Kraftstoßverlauf a-c
vgl. www.sportunterricht.de
Zeit – Kraft – Verlauf beim
Sprungtest
Auswertung: Kraftstoßverlauf d
vgl. www.sportunterricht.de
Zeit – Kraft – Verlauf nach
Niedersprung
4. Das Prinzip der
Koordination der Teilimpulse
Um ein Wurfgerät (Beschleunigung eines
Körperteils) maximal weit zu werfen oder
den Gesamtkörper optimal bzw. maximal zu
beschleunigen, müssen die dabei
Versuch:der
Geldmünze
auftretenden Beschleunigungsimpulse
hochschnipsen, ohne / mit
Körperteile optimal koordiniert werden.
Unterarmeinsatz:
Da m*g= ½ mv2
 viermal so hoch
Zeitliche Koordination: Räumliche Koordination:
Die Einzelgeschwindig- Die Geschwindigkeitskeiten der beteiligten
vektoren der
Körperteile erreichen
Schwerpunkte aller an
zum gleichen
der Bewegung
Zeitpunkt ihr Maximum beteiligten Körperteile
oder sie reihen sich
weisen (annähernd) in
ohne Pause
die gleiche Richtung.
aneinander.
Badminton
Straddle
Straddle: Schwerpunktskurven
Hochsprung Flop
Vgl. www.sportunterricht.de
Kinetion und Modulation
(als Teilaspekt der Koordination von Teilimpulsen)
•
Die großen Muskelgruppen im Bein-Hüft-Bereich dienen dem Antrieb
(Kinetion), während die weniger kräftige Muskulatur des SchulterArm-Bereichs für die Aussteuerung (Modulation) verantwortlich ist.
•
Starke Muskeln der Beine und des Beckens haben die Aufgabe, die
notwendige kinetische Energie zu schaffen.
(Die beteiligten Muskeln werden auch als Kinetoren bezeichnet).
•
Die kinetische Energie wird durch die Rumpfmuskeln auf Schultern,
Arme (und Ball/ Wurfgerät) übertragen. Die relativ schwachen
Muskeln der Arme modulieren die Bewegung (Modulatoren).
•
Dies ist besonders wichtig für Bewegungen, bei denen nicht nur die
hohe Endgeschwindigkeit, sondern die Präzision der Bewegung
entscheidend ist (Volleyball, Basketball).
Kinetion und Modulation
Kinetion
Modulation
(überwiegender Anteil)
Basketball Standwurf
vgl. www.sportunterricht.de
Positionswurf
5. Das Prinzip der Gegenwirkung
Dieses Gesetz besagt, dass eine Kraft nie
alleine auftritt. Vielmehr besteht zu jeder Kraft
eine entgegengesetzt wirkende, gleich große
Kraftwirkung, die als Gegenkraft bezeichnet
wird.
Die beiden Kräfte wirken auf verschiedene
Körper – kein Kräftegleichgewicht!
(drittes Newton’sches Axiom: actio est reactio)
Gegenwirkung gegen einen Widerstand:
• Absprung vom Boden
• Armzug durch das Wasser
• Reibung erhöhen durch Spikes
Auch: Stabilisieren z.B. durch Verwringen
beim Schlagwurf (nur möglich durch
Boden als Gegenspieler)
Gegenwirkung eines Körpers im
freien Raum
Die Flugkurve ist nach dem Absprung
nicht mehr zu beeinflussen.
aber:
Die Lage des Körpers im Raum kann
beeinflusst werden.
 Bsp.: Klappmesser beim Weitsprung
Hang-Weitsprung
Laufsprung
Laufsprung
vgl. www.sportunterricht.de
Laufsprung animiert
Sonderfall: Drehrückstoß
Gegenbewegungen in Form von KreisDrehbewegungen der Arme/Beine wirken
auf den Rumpf (auch wenn kein
Bodenkontakt besteht), um den Körper
wieder ins Gleichgewicht zu bringen.
Aufgrund unterschiedlich großer Trägheitsmomente
(Rumpf groß, Arme/Beine klein) werden schnelle
Bewegungen des korrigierenden Körperteils benötigt.
Es kann auch hier das 3. Newton’sche Axiom
angewandt werden. Auch Scheinrotation genannt.
Drehrückstoß - Beispiele
• Weitspringer
• Handballspieler
• Fußballspieler
• Stabhochspringer
6. Impulserhaltung
Bei sportlichen Bewegungen wird der durch
die Vorbereitungsphase ausgelöste (Dreh-)
Impuls nach dem Impulserhaltungsgesetz
konstant gehalten.
D.h. die Summe der Teilimpulse innerhalb des
Systems bleibt gleich.
Bei Drehungen ist hierfür das Produkt aus
Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit
ausschlaggebend.
Das Trägheitsmoment: J = m* r²
Das Trägheitsmoment eines rotierenden
Körpers hängt vom Abstand seiner Masse von
der Drehachse ab. Wird der Abstand
verringert, verkleinert sich das
Trägheitsmoment (und damit auch das
Drehmoment). Je größer der Radius, desto
ausgeprägter ist der Widerstand gegen die
Rotation.
Da der Gesamtdrehimpuls (Trägheitsmoment x
Winkelgeschwindigkeit) des Systems jedoch
erhalten bleibt, wird die Winkelgeschwindigkeit
in letzterem Fall erhöht.
Salto vorwärts
Beachte: Massenträgheitsmoment gestreckt = 3x gehockt
Salto vorwärts animiert
Salto rückwärts
Eislauf Pirouette
Eislauf Pirouette animiert
• Auerbachsalto
mit Schraube
• Unterschwungsalto
Fallende Katze
Biomechanik in der Praxis
Biomechanische Gesetzmäßigkeiten
zum Erhalt des Gleichgewichts.
Der Ausgleich von Gleichgewichtsproblemen bei der
Sohlenstandwaage wird erreicht durch das
biomechanische Prinzip des Drehrückstoßes, der
so genannten Scheinrotation (vgl. Peters S.68).
Dieses Prinzip besagt, dass zwar der Gesamtimpuls
eines Körpers ohne äußere Einflüsse nicht verändert
werden kann. Durch eine Scheinrotation aber, z.B.
Armkreisen entgegen der gewünschten
Drehrichtung, wird dem Körper ein Drehimpuls in die
gewünschte Richtung gegeben. Meist führt ein
Turner diese Bewegung automatisch aus, sie kann
aber auch gezielt zur Erhaltung des Gleichgewichts
eingesetzt werden.
Prinzip der Impulserhaltung
•
•
Das Prinzip der Impulserhaltung besagt, dass der
Gesamtimpuls eines Körpers sich nur ändert, wenn Kräfte von
außen angreifen. Innere Kräfte verändern den Puls nicht, er
wird erhalten, kann aber in unterschiedlichen Teilimpulsen
auftreten.
Beim Stabhochsprung wird die Geschwindigkeit des Anlaufs
durch den Absprung in den Sprung übernommen. Im Idealfall
wird hierbei der gesamte Impuls übernommen, wobei auch der
Stab einen Teil des Impulses aufnimmt und ihn durch seine
Streckung nach oben wieder abgibt. Beim Einrollen in die LPosition und dem anschließenden Strecken erkennt man den
Drehimpulserhaltungssatz, der besagt, dass durch die
Verringerung des Massenträgheitsmoments (hier: Annäherung
der Körperteile an die Drehachse) die Winkelgeschwindigkeit
erhöht wird.