ERLÄUTERN SIE DAS BIOMECHANISCHE GESETZ

ERLÄUTERN SIE DIE FOLGENDEN BIOMECHANISCHE GESETZE …………………….!
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Verdeutlichen Sie den Mitschülern/Innen die Gesetzmäßigkeiten!
Suchen Sie verschiedene Beispiele aus dem Bereich ‚SPORT‘ , um die Thematik den Mitschülern/Innen
zugänglich zu machen
Stellen Sie die DEFINITION für das o.g. Gesetz zusammen,
Prinzip der Kinetion und Modulation von Ganzkörperbewegungen
Im Ablauf von zielgerichteten sportmotorischen Fertigkeiten in aufrechter
Körperstellung besorgen die Muskeln der Hüfte und der Beine die Antriebsenergie (=
Kinetion), während Schulter- und Armmuskulatur die Energie auf das gewünschte
Maß abstimmen (= Modulation).
Prinzip vom (optimal) vorgedehnten Muskel
Die biomechanischen Prinzipien des optimalen Beschleunigungsweges und
der maximalen Anfangskraft stehen in einem engen Zusammenhang mit dem Prinzip
vom vorgedehnten Muskel. Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass
ein vorgedehnter Muskel leistungsfähiger ist:
Optimale Dehnung führt zu maximaler Kraftentwicklung
Allerdings kann die Grenze einer optimalen Vordehnung auch überschritten werden
Go-and-Stop-Prinzip
Soll ein Objekt (Kugel, Ball etc.) durch eine sportliche Bewegung eine möglichst hohe
Endgeschwindigkeit erreichen, müssen alle zur Beschleunigung eingesetzten
Körperteile nicht gleichzeitig, sondern nacheinander ihre Höchstgeschwindigkeit
erreichen. Vom objektfernen zum objektnahen Körperteil müssen Beschleunigung
und Abstoppen zeitlich versetzt stattfinden. Beispiel: weiter Einwurf beim Fußball.
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ERLÄUTERN SIE DAS BIOMECHANISCHE GESETZ DER GEGENWIRKUNG!
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Verdeutlichen Sie den Mitschülern/Innen die Gesetzmäßigkeiten!
Suchen Sie verschiedene Beispiele aus dem Bereich ‚SPORT‘ , um die Thematik den Mitschülern/Innen
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Stellen Sie die DEFINITION für das o.g. Gesetz zusammen,
Aus: Weineck, A, Weineck, J, Watzinger, K, Leistungskurs Sport; Bewegungswissenschaftliche und
gesellschaftspolitische Grundlagen, Bd. III, Erlangen 2008
Prinzip der Gegenwirkung
Das Prinzip der Gegenwirkung beruht auf dem 3. Newtonschen Gesetz „actio est reactio“.
Es besagt, dass eine Kraft nie allein auftritt.
Vielmehr besteht zu jeder Kraftwirkung eine entgegen gesetzt gerichtete Kraft mit gleich großer Kraftwirkung,
die als Gegenkraft bezeichnet wird.
Beispiele:
Will der Hochspringer seinen Körper vertikal beschleunigen, muss er eine Kraft (actio) auf einen anderen Körper
(reactio) à hier: den Boden, ausüben.
Erst die Reaktionskraft des Bodens ermöglicht eine Beschleunigung nach oben.
Ebenso führt das Abbremsen des Schwungbeines (actio) zu einer Gegenwirkung (reactio), die den Körper nach oben
beschleunigt.
Analog beim Sprint!
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Der Schwimmer wirkt mit seiner Armkraft auf das Wasser (actio)
ein, das Wasser wirkt mit den entsprechenden Reaktionskräften (reactio) zurück und garantiert den Vortrieb.
Eine gute Kraultechnik beruht u. a. darauf, sich durch den doppelten „S
„S-Zug“
Zug“ so vom Wasser abzudrücken, dass
sowohl in der vertikalen wie auch horizontalen Ebene immer wieder ruhende Wassermassen zum Abdruck gesucht
werden, um damit das actio-reactio-Gesetzz besser umsetzen zu können.
Im leichtathletischen Sprint werden Spikes getragen, um möglichst große horizontale gegen den Boden ausüben zu
können.
Die große Bedeutung der Reaktionskräfte des Bodens für die Beschleunigung des Sprinters wird besonders
deutlich,
lich, wenn der Abdruck bei nassem Boden mit rutschigen Turnschuhen beeinträchtigt wird.
Das Prinzip der Gegenwirkung ist auch noch in weiteren Bereichen im Sinne einer Leistungsoptimierung nutzbar:
•
Erhaltung des Gleichgewichts
Für optimale Lauftechnik ist
st die gegengleiche Arm
Arm- und Beinbewegung von Bedeutung
Mit Vorbringen des linken Schwungbeines wird der rechte Arm nach vorn gebracht (= Gegenbewegung des eigenen
Körpers). Die entstehenden Drehbewegungen von Hüft
Hüft- und Schulterachse um die Körperlängsachse
Körperlängsachs sind dabei
entgegengesetzt. Dadurch heben sich die entstehenden Drehimpulse in ihrer Wirkung auf und der Körper des
Läufers wird durch die gegenläufige Pendelbewegung im Gleichgewicht stabil gehalten
gehalten.
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•
Optimierung des Beschleunigungsverlaufes
ball wird für die Ausholbewegung des Schlagwurfes die Wurfarmschulter zurück genommen. Um eine
Im Handball
Rotation des gesamten Rumpfes um die Körperlängsachse zu verhindern, wird die Hüfte entgegengesetzt
nach vorn gedreht. Die so entstehende Verwringung von Schulte
Schulter- und Beckenachse führt zu einer
Verlängerung des Beschleunigungsweges und zu einer Erhöhung der Anfangskraft durch eine optimale
Vordehnung der am Wurf beteiligten Rumpf- und Extremtätenmuskulatur.
•
Erhöhung der Zielgenauigkeit
Die soeben dargestellte gegenläufige Bewegung von Schulter und Hüfte beim Schlagwurf des Handballers stabilisiert
den Rumpf und ermöglicht so eine erhöhte Zielgenauigkeit.
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Der Körper als frei bewegliches System
è z.B. bei Sprüngen.
Die Flugbahn des KSP ist nach dem Absprung festgelegt und nicht mehr beeinflussbar, so lange keine äußeren Kräfte
wirken (Luftwiderstand wird vernachlässigt!!)
Die biomech. Gegebenheiten des menschl. Bewegungsapparates erlauben jedoch eine Vielfalt von Bewegungen
einzelner Körperteile zueinander,
inander, die im Sinne einer Leistungsoptimierung nutzbar sind.
.... so bei der Landevorbereitung beim Weitsprung .... .
Wie in der Abb. zu sehen ist, senkt der Springer zur Vorbereitung der Landung Oberkörper und Arme nach vorn
(„Klappmesser“-artig).
ach dem Gegenwirkungsprinzip können dadurch die Beine stärker angehoben werden, wodurch eine
Nach
größere Sprungweite erreicht wird.
Weitere Beispiele ......
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ERLÄUTERN SIE DAS BIOMECHANISCHE GESETZ DER IMPULSERHALTUNG!
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Verdeutlichen Sie den Mitschülern/Innen die Gesetzmäßigkeiten!
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Aus: Weineck, A, Weineck, J, Watzinger, K, Leistungskurs Sport; Bewegungswissenschaftliche und
gesellschaftspolitische Grundlagen, Bd. III, Erlangen 2008
Prinzip der Impulserhaltung
Bei sportlichen Drehbewegungen (Schrauben/ Pirouetten etc.) wird der durch den Absprung ausgelöste Drehimpuls
nach dem Impulserhaltungsgesetz konstant gehalten.
Der menschl. Körper ermöglicht es nun, während der Rotation die Körper- bzw. Extremitätenhaltung und damit das
Massenträgheitsmoment zu variieren. Dabei verändert sich die Winkelgeschwindigkeit bei Drehbewegungen in
Abhängigkeit von der Entfernung der Massepunkte des Körpers von der Drehachse.
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ERLÄUTERN SIE DAS BIOMECHANISCHE GESETZ DER (MAXIMALEN) ANFANGSKRAFT!
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Verdeutlichen Sie den Mitschülern/Innen die Gesetzmäßigkeiten!
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Stellen Sie die DEFINITION für das o.g. Gesetz zusammen
Hier speziell mittels folgender Versuche erläutern!!
Wie entsteht diese Anfangskraft
Wird der Hauptbewegung eine Bewegung entgegengesetzt der eigentlichen Richtung vorgeschaltet, muss diese
Bewegung abgebremst werden. Durch dieses Abbremsen entsteht ein Kraftstoß (Bremskraftstoß). Dieser kann für die
Beschleunigung des Körpers oder des Sportgerätes dann genutzt werden, wenn die Hauptbewegung unmittelbar auf
diese „Ausholbewegung“ folgt.
Erläuterung zum Prinzip der Anfangskraft
Die Abbildung verdeutlicht das Prinzip der maximalen
Anfangskraft an einem Beispiel auf einer
Kraftmessplatte.
Ein Sportler wirft mit gestreckten Armen einen
Medizinball nach oben. Anfangs befindet sich der
Sportler im ruhigen Stand auf der der Messplattform. Die
Waage zeigt das Körpergewicht [G] an (Das Gewicht
des Mediballes wird vernachlässigt. Im Zeitpunkt [A]
geht der Proband in die Knie. Die Messplatte zeigt einen
niedrigeren Wert an. Die Fläche [X] zeigt den negativen
Kraftstoß, der dem Bremskraftstoß [y] entspricht.
Unmittelbar auf diesen Bremskraftstoß erfolgt der
Beschleunigungskraftstoß. Die Kraft [F] wirkt auf den
Mediball. Auf der Messplattform ist ein größerer Messwert erkennbar. Für die optimale Kraftentfaltung sollte das
Verhältnis von Bremskraftstoß zu Beschleunigungskraftstoß etwa eins zu drei betragen.
Zur VERTIEFUNG!! (Grafik bei mir auf Stick!!)
„Erläuterung des Kraft- Zeitverlaufs I und II. (s. „Aufgaben“!)“
Experiment:
Mensch (70 kg) auf einer Waage, bewegt sich nicht.
Da sich der Mensch nicht bewegt, und somit eine konstante Kraft von 70 kg auf die Masse einwirkt, d.h.
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Keine Änderung mit der Zeit, muss die Gerade in dem
Diagramm parallel zur X- Achse verlaufen.
Experiment:
Bewegung
1. Der Verlauf muss auf dem Niveau der Gewichtskraft beginnen (Phase 1) und nach der Bewegung im Hockstand
wieder auf diesem Niveau enden (Phase 4).
2. Durch die Absenkung des Körpers erfolgt eine Reduzierung der Kraft (Phase 2).
3. Danach steigt die Kraft durch das Abbremsen wieder auf das Ausgangsniveau an (Phase 3).
Eine Abbremsbewegung muss über das
ursprüngliche Gewichtskraftniveau hinaus ansteigen,
um eine Abbremsung der
Bewegung zu erreichen. Daher ist dieser Verlauf in
Phase 3 über das Gewichtskraftniveau
hinausgegangen.
Somit vermindert sich die Kraft bei der
Abbremsbewegung erst, und steigt dann beim
Absprung überdurchschnittlich an.
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Experiment:
Schüler geht in die Hocke.
Das Argument, dass zum Abbremsen
der Abwärtsbewegung höhere Kräfte
notwendig sind als die Gewichtskraft,
erweist sich als richtig.
Die größte Abwärtsgeschwindigkeit
zeigt der Körper im Moment, wo die
Kraft-Zeitkurve wieder die Gewichtskraft
erreicht. Um diese
Geschwindigkeit abzubremsen sind
entsprechend hohe Kräfte über der
Gewichtskraft notwendig.
Schüler steht aus der Hocke wieder auf.
Auch hier findet sich ein vierphasiger
Verlauf, der zunächst auf
Gewichtskraftniveau beginnt, dann
darüber ansteigt, ehe er unter das
Gewichtskraftniveau abfällt und dann
auf der Gewichtskraft endet. In der
zweiten Phase steigt die Geschwindigkeit
Körpers,
wieder
in der dritten wird sie wieder reduziert und
null abgesenkt (Phase 4). Wir finden also
Analogie zur Abwärtsbewegung einen
auf
in
ähnlichen Verlauf.
Experiment: Aus der Hockposition steht ein Schüler auf und bleibt aufrecht auf der Waage stehen.
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des
Der obige Verlauf in dem Diagramm ist der richtige und die Analogie trifft zur Abwärtsbewegung zu.
Experiment:
Squat Jump (SJ). Es handelt sich hier um einen Strecksprung aus der statischen Hockposition.
Erfolgt die Landung wieder auf der Waage,
steigt im Landemoment die Kraft stark an und
reduziert sich dann auf Gewichtskraftniveau.
Zur Bestimmung der Flughöhe kann man auf
zwei Verfahren zurückgreifen. So kann man
zum einen aus dem im Absprung erzeugten
Kraftstoß die Höhe ermitteln zum anderen aus
der Flugzeit, also der Dauer zwischen Abflug
und Landung auf der Messplattform.
Der Kraftstoß ist identisch mit der Fläche unter
der Kraft-Zeitkurve. Je größer diese Fläche ist,
desto höher ist die
Flugzeitbestimmung:
Über eine Videoaufnahme können wir aber bis auf 2/100 s (Jogshuttle) genau die Flugzeit bestimmen.
h = 1/2 g * (t)2
(g = 9,81 m/s2; t = Flugzeit in Sekunden)
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Die verwendete Formel beschreibt den freien Fall eines Gegenstandes aus einer bestimmten Höhe.
Experiment:
Countermovement Jump. Hierbei handelt es sich um einen Sprung mit Ausholbewegung. Er beginnt mit dem
aufrechten Stand an den sich eine dynamische Ausholbewegung anschließt. Nach einer Bewegungsumkehr erfolgt
der Absprung nach oben.
Zunächst erkennt man den ruhigen Stand auf der Plattform am parallelen Verlauf zur Zeitachse, die Kraft befindet sich
auf
Gewichtskraftniveau. Mit Beginn der Ausholbewegung fällt die Stützkraft ab und die Geschwindigkeit nimmt zu (Phase
1). Ab dem unteren Umkehrpunkt reduziert sich die Geschwindigkeitszunahme (Phase 2) und sobald die Kurve die
Gewichtskraft erreicht, erfolgt
die Abbremsung der Abwärtsbewegung (Phase 3). Erst dann wird der tiefste Punkt der Ausholbewegung erreicht. Zu
diesem Zeitpunkt finden wir Kraftwerte die deutlich über Gewichtskraftniveau liegen. Die folgende Streckbewegung
der Beine erzeugt einen weiteren
Anstieg der Kraft und endet mit dem Abflug von der Platte. Die Stützkraft sinkt dann auf Null ab. Eine Beschleunigung
des Körpers erfolgt aber nur bis zu dem Zeitpunkt an dem die Kraft-Zeitkurve das Gewichtskraftniveau erreicht (Phase
4). Darunter reicht die Kraft nicht mehr aus, um einer weitere Beschleunigung zu bewirken (Phase 5).
Somit ist ganz klar zu erkennen, dass durch die Bremsbewegung, am meisten Kraft produziert werden kann → Prinzip
der max. Anfangskraft.
ERGÄNZUNG: (Grafik bei mir auf Stick!!)
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Aufgabe zur maximalen Anfangskraft
Erläutern Sie die Kraft-Zeitdiagramme.
Die Waage zeigt anfangs das Körpergewicht [G] an (Das Gewicht des Balles wird vernachlässigt). Im Zeitpunkt [A]
ist der Proband in der Knie. Durch das Hochkommen wird ein Beschleunigungskraftstoß [F] auf den Ball ausgeübt.
Die Kraft ist beim direkten Hochkommen am größten (→ max. Gegenbewegung) und bleibt ab der 3. Phase konstant.
Nachdem der Sportler aufrecht steht sinkt die Kraft wieder, da keine Kraft mehr aus einer entgegensetzter Richtung
einwirkt (Prinzip der max. Anfangskraft). Bei der letzten Phase, dem Abwurf der Balles, sinkt die Kraft [E] sogar ein
bisschen unter G. Dies ist wieder hierdurch erklärbar, das der Sportler komplett aufrecht steht und der Körper schon
fast von dem Schwung der Ausholbewegung abhebt.
Anfangs befindet sich der Sportler im ruhigen Stand auf der der Messplattform. Die Waage zeigt das Körpergewicht
[G] an. Im Zeitpunkt [F1] geht der Proband in die Knie. Die Messplatte zeigt einen niedrigeren Wert an. Die Fläche
[F1] zeigt den negativen Kraftstoß, der dem Bremskraftstoß [A, F2] entspricht. Unmittelbar auf diesen
Bremskraftstoß erfolgt der Beschleunigungskraftstoß. [F3, F] Die Brems- bzw. Beschleunigungskraft lässt die Kurve
in dem Diagramm ansteigen. Wie schon oben erklärt verläuft die Kurve am Zeitpunkt [E] unter der Ausgangskraft.
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Für die optimale Kraftentfaltung sollte das Verhältnis von Bremskraftstoß zu Beschleunigungskraftstoß etwa
eins zu drei betragen.
Prinzip der Anfangskraft (ERGÄNZUNG)
Ausholbewegung des Sprunges wird zum Zeitpunkt t1 bis t2 durch positive nach oben gerichtete Muskelkräfte
abgebremst.--> Kraft steigt über initiale G an (à A2 = positiver Bremskraftstoß); ist gleichgroß wie nach unten
gerichteter Kraftstoß A1.
FOLGE: Damit existiert in tiefster Körperlage (des KSP) à Zeitpunkt t2 bereits eine positive Kraft FA
à fließende Bewegung à Kraft-Zeit-Kurve steigt weiter – Zuwachs der Beschleunigungs-Kraft(stoßfläche) à erhöhte
Absprunfgeschwindigkeit.
Hier ohne einleitende Ausholbewegung
...... (gestrichelt mit!!)
Aus physiologischer Sicht:
Durch Abbremsen wird Arbeitsmuskulatur abrupt vorgedehnt à kinetische Energie wird mittels elastischer
Komponenten von Muskeln u. Sehnen gespeichert
à Vergrößerung des Beschleunigungskraftstoßes.
Außerdem: Muskeldehnungsreflex (über Muskelspindeln) ausgelöst à führt über Dehnungs-Verkürzungszyklus zu
zusätzlicher Innervation von ansonsten nicht aktivierten Muskeln à
höhere und schnellere Schnellkraftentwicklung-
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ERLÄUTERN SIE DAS BIOMECHANISCHE GESETZ DER OPTIMALEN KOOERDINATION DER TEILIMPULSE!
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gesellschaftspolitische Grundlagen, Bd. III, Erlangen 2008
Prinzip der optimalen Koordination der Teilimpulse
Entscheidend 2 Gruppen von Bewegungsabläufen:
1. Bewegungen, bei denen ein Körperteil (Hand beim Wurf) maximal beschleunigt wird für eine möglichst hohe
Endgeschwindigkeit
2. Bewegungen, bei denen der Gesamtkörper beschleunigt wird, um für eine möglichst hohe
Endgeschwindigkeit zu erreichen (Hochsprung)
Dabei sind 2 Aspekte zu berücksichtigen: der räumliche und der zeitliche Aspekt
Zeitliche Aspekt:
Handball: max. Beschleunigung, wenn Geschwindigkeitsmaxima der beteiligten Kraftimpulse nicht gleichzeitig,
sondern nacheinander erfolgen à durch Abbremsen Kraftübertragung auf nächstes.
Aber: optimaler Bewegungsfluss (keine Pausen)
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Räumlicher Aspekt:
Perfekte räumliche Abstimmung!
HOCHSPRUNG: Geschwindigkeitsvektoren beteiligter Körperteile müssen gleichgerichtet sein (Schwungbein,
Sprungbein, Arme), um maximale Endgeschwindigkeit zu erreichen.
Beim menschlichen Körper nur annäherungweise möglich!
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ERLÄUTERN SIE DAS BIOMECHANISCHE GESETZ DER OPTIMALEN BESCHLEUNIGUNGSWEGES!
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gesellschaftspolitische Grundlagen, Bd. III, Erlangen 2008
Prinzip des Optimalen Beschleunigungsweg
F= m * a
Nach der Formel ist die Geschwindigkeit umso größer, je länger die Kraft auf die Masse einwirkt.
Beschleunigung:
•
•
Gradlinig
Gekrümmt/ kreisförmig
Vorteil kreisförmig: à
verlängerte Kraftentwicklung
Nachteil kreisförmig: à
technische Schwierigkeit hoch (Übertreten, Fehlversuch à Beherrschen der
Fliehkräfte)
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Zur Optimierung können beitragen:
•
•
•
•
Anlauf (Weit- Hoch-, Dreisprung)
KSP-Senkung à Kniebeugung vorm Absprung)
Verwringung (Diskus: Hüftachse läuft Schulterachse voraus)
Bogenspannung (Schlagwurf, Speerwurf, Schmettern VB)
JUMP an REACH- Test
TOP-Höheà Kniewinkel ca. 100 Grad
URSACHE: a. günstige Hebelverhältnisse
b. optimale Überlappung von Aktin- und Myosinfilamenten bei VORDEHNUNG
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Max. B-Weg bei 40 Grad à negativ
GRUND: durch zu tiefe Hocke ist die optimale Vordehnung des Quadrizeps überschritten
à keine optimale Ausgangslage für Aktin- Myosinfilamente
à ungünstige Hebelverhältnisse: Winkel werden zu klein, z.B. Drehachse im Kniegelenk (r1/ r2)
Sind zu weit von der Schwerkraftlinie entfernt, die für sie als Last der wirkenden Körpermasse (im KSP) von
Bedeutung ist.
Prinzip des Optimalen Beschleunigungsweges wird durch das Gesetz der Optimalen Tendenz des
Beschleunigungsweges ergänzt (z.B. Boxen, Karate à Beschleunigungskräfte zu Anfang; sonst zum Ende).
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