Was ist Biomechanik 1
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Grundlagen der Biomechanik Ewa Haldemann 1 Was ist Biomechanik 1 ■ Unter „Biomechanik“ versteht man die Mechanik des menschlichen Körpers beim Sporttreiben. ! ! ! Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 2 Was ist Biomechanik 2 ■ Bewegungen entstehen durch das Einwirken von inneren (Muskelkraft) und äusseren Kräften (z.B. Erdanziehung) auf den Körper. ■ Anhand eines Films können Strecken, Winkel, Zeiten, Geschwindigkeiten bestimmt werden (z.B. Schrittlänge, Schrittfrequenz, Kniewinkel, Laufgeschwindigkeit). ! ! ! ! Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 3 Ziele der Biomechanik ■ Fähigkeit entwickeln, Bewegungsabläufe analysieren und verstehen zu können. ■ Fähigkeit entwickeln, Bewegungsabläufe mit Hilfe von technischen und konditionellen Massnahmen korrigieren und optimieren zu können. ! ! ! ! Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 4 Kinematik (Bewegungsbeschreibung) Winkel Winkelgeschwindigkeit Weg zurückgelegte Strecke Geschwindigkeit Wegänderung pro Zeit Beschleunigung Geschwindigkeitsänderung pro Zeit Winkelbeschleunigung Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 5 Beispiel ■ Bei einem 100-m-Sprint in 10.0 sec. können in einem Diagramm die Laufstrecke, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung dargestellt werden. ■ Der Weg steigt nach dem Start nicht ganz linear an. ■ Die Geschwindigkeit hat nach 5 Sekunden ihr Maximum. ■ Die Beschleunigung ist nach dem Start am grössten. 100 85 Prozent 70 Weg Geschwindigkeit Beschleunigung 55 40 25 10 -5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Zeit (sec) Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 6 Biomechanische Begriffe und Prinzipien Trägheitsmoment Drehimpuls Massenverteilung Drehmoment Trägheit Impuls Masse Kraft Impulserhaltung Drehimpulserhaltung Actio = Reactio Energieerhaltung Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 7 Trägheit Jeder Körper hat eine Trägheit. Diese Trägheit äussert sich darin, dass der Körper bestrebt ist, in Ruhe zu verbleiben oder die Bewegung unverändert fortzusetzen. ■ Eine am Boden liegende Kugel bleibt am gleichen Ort liegen. ■ Wirken auf einen bewegten Körper keine Kräfte, bewegt er sich unendlich lange geradeaus. Sendung Einstein SRF, 22.5.2014 Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 8 Trägheit… www.leichtathletik.de, Junioren-Gala Mannheim 2014 ■ Bei Start und Bremsung bemerkbar: Körper will in Ruhe/Bewegung verharren Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 9 Trägheit… ■ Beim Kurvenlauf bemerkbar: Körper will auf geradliniger Bahn bleiben Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 10 Impuls ■ Der Impuls ist proportional zu Geschwindigkeit und der Masse eines Körpers und hat die gleiche Richtung wie die Geschwindigkeit. ■ Eine Krafteinwirkung auf den Körper bewirkt eine Impulsänderung. Ge sa Abflugwinkel von 20°-24° mti mp uls Impuls aus Absprung und Bremsung Impuls aus Anlauf ■ Wirken keine äusseren Kräfte, bleibt Impuls erhalten Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik Foto: Tom Finke, www.tomfinke.de C104 11 Actio = Reactio Jede Kraft bewirkt eine gleich grosse, genau entgegengesetzte Kraft. Kraft von Block auf Sprinter „Reactio“ Kraft von Sprinter auf Block „Actio“ Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 12 Beispiel ■ Die Reaktionskräfte sind gesamthaft gesehen gleich gross wie die Kraft der an der Bewegung beteiligten Muskeln. Sie haben aber eine entgegengesetzte Richtung (aktio = reaktio). ■ Das schnelle Heben des Oberkörpers nach der Hürdenüberquerung bewirkt ein schnelles Bodenfassen des Schwungbeines. ■ Durch einen aktiven Muskeleinsatz bei der Landung ist die Reaktionskraft am Boden gross und der KS bleibt hoch. Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 13 Rotationen ■ Rotationsbewegungen entstehen, wenn eine Kraft nicht im Schwerpunkt eines Körpers angreift (Drehmoment). ! Drehachse Kraftrichtung Abstand vom Schwerpunkt Foto: Kenny Beele, www.trainload.de Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 14 Trägheitsmoment ■ Das Trägheitsmoment ist der Widerstand gegen Rotationsbewegungen. ■ Das Trägheitsmoment ist von der Masse und von der Körperhaltung abhängig. ■ Drehimpuls ist wie Impuls erhalten, deshalb führt Verringerung des Trägheitmoments zu grösserer Drehgeschwindigkeit Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 15 Beispiel Foto: Hansjörg Brunhart, www.deinsportmoment.ch Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 16 Äussere leistungsbeeinflussende Kräfte ■ Die Erdanziehungskraft und damit das Körpergewicht sind abhängig von der Höhe über Meer. ■ Auf Meereshöhe ist jeder Körper schwerer als in grosser Höhe. ■ Der Luftwiderstand ist in der Höhe geringer als im Flachland. Deshalb sind in Höhenlagen im anaeroben Bereich bessere Leistungen möglich. ■ Reibungskräfte spielen eine zentrale Rolle, sie ermöglichen uns überhaupt eine Fortbewegung (actio=reactio). Auf einer nassen Unterlage sind sie geringer. Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 17 Arbeit und Energie ■ Arbeit wird dann verrichtet, wenn eine Kraft entlang eines Weges wirkt (z.B. Heben einer Hantel, Ziehen eines Schlittens). ■ Arbeit ist Energie, die mechanisch auf einen Körper übertragen wird. Die mechanische Energie eines Körpers kann kinetisch oder potentiell sein. ■ Verrichtet ein Körper Arbeit, so findet eine Energieumwandlung statt. Im Idealfall (keine Reibungskräfte) bleibt die mechanische Energie in einem solchen Ablauf konstant. ! Weg Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 18 Beispiel Kinetische Energie des Springers („Geschwindigkeit“) wird über potentielle Energie des Stabes (Stabbiegung, Spannenergie) in potentielle Energie des Springers („Höhe“) umgewandelt. Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 19 Beispiel „Hebelgesetz“ Muskelarbeit Arbeit Ball ■ Energie die hineingesteckt wird, kommt auch wieder heraus! Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 20 Leistung ■ Leistung ist die pro Zeit verrichtete Arbeit Arbeit: Körper auf Absprunggeschwindigkeit beschleunigen Arbeit: Kugel auf Abstossgeschwindigkeit und Höhe bringen Zeit: 0.1s-0.2s Zeit: 0.1s-0.2s Leistung: Rund 5000 Watt Leistung: Rund 3000 Watt Fotos: Hansjörg Brunhart, www.deinsportmoment.ch Vergleich: Glühbirne 60 Watt (1000 Stunden), Hometrainer 300 Watt (2 min) Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 21 Biomechanische Messgrössen Sprint Entscheidende Komponenten: ■ Schrittlänge (Schnellkraft, Reaktivkraft, Kniehebewinkel ε, Körpervorlage η) ■ Schrittfrequenz (Reaktivkraft, Technik, kurze Bodenkontaktzeit, kleines Δγ) B. Kunz, August 2011 (Quelle TB 31, Biomechanik der LA, HR. Kunz, 2003) Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik C104 22 Biomechanische Messgrössen Hürdensprint Entscheidende Komponenten für eine schnelle und kurze Hürdenüberquerung: ■ Position KSP (Vertikale Verschiebung des KSP ΔHHü) ■ Flacher, schneller Abstoss (optimaler Abstossabstand s1, grosser Abstosswinkel γ2, schneller/hoher Kniehub ε) ■ Schneller Bodenkontakt nach der Hürde (kurzer Landeabstand s2, kleiner Abstosswinkel γ4) ! Bundesamt für Sport J+S Leichtathletik B. Kunz, August 2011 (Quelle TB 31, Biomechanik der LA, HR. Kunz, 2003) C104 23
