Biomechanik beim Schwimmsport

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Rainer Heidrich
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Biomechanik beim Schwimmsport Neigungsfach Sport Brandt Quellen/Literatur C-Trainer-Ausbildung Schwimmen (http://www.spowi-mh.de/bsv/downloads/biomech_im_schw-grau.

1 Biomechanik beim Schwimmsport Neigungsfach Sport Brandt Quellen/Literatur C-Trainer-Ausbildung Schwimmen ( Skript Uni Basel (eva.unibas.ch/?c=23376 ) Skript Dr. Wolfgang Fritsch (Uni Konstanz) ( Skript Dr. Miriam Hilgner-Recht (TU Darmstadt)

2 Welche Wasserkräfte wirken beim Schwimmen? Was bringt mich vorwärts bzw. was bremst mich?

3 Übersicht A) Hydrodynamik B) Widerstand C) Antriebskonzepte D) Analyse der Kraultechnik

4 A) Hydrodynamik Definition: Wissenschaft von den Bewegungsgesetzen der Flüssigkeiten

5 Übersicht über alle Kräfte FG: Gewichtskraft (Schwerkraft) FA: Statischer Auftrieb (Hydrostatischer Auftrieb) -> Statische Kräfte: Sie wirken (auch) im Stillstand -> Dynamische Kräfte: Sie wirken erst, wenn man sich bewegt Fdyn: Dynamische Auftrieb FV: Vortriebskraft (Druckwiderstand) FW: Strömungswiderstand (Bremskraft) Es wird zwischen statischen, ruhenden Kräften und dynamischen, bewegten Kräften unterschieden.

6 Gewichtskraft m = Masse [kg] g = Erdbeschleunigung[m/s2]; const. = 9,81m/s2 FG = m g Auf dem kleineren Mond hüpfen Astronauten so elegant, weil die Fallbeschleunigung ein Sechstel der Erdbeschleunigung beträgt.

7 Je größer das (Eintauch-)Volumen eines Körpers um so größer ist der Auftrieb Bsp. Ein großes Frachtschiff, das Steine geladen hat Verhältnis Gewicht Volumen

8 B) Widerstand Dynamische Kräfte: Druckwiderstand Strömungswiderstand Bremskraft Viele Namen für dieselbe Kraft Übung: Bremskraft/ Strömungswiderstand : A) Im Wasser gehend, ein eingetauchtes Brettchen quer zur Strömung langsam mit konstanter Geschwindigkeit durchs Wasser schieben (Lehrschwimmbecken) B) Das ganze wiederholen, aber doppelt so schnell gehen. C) A und B mit 2 Brettchen wiederholen Was bremst mehr: - doppelte Fläche (A) oder - doppelte Geschwindigkeit (v)?

9 Dynamische Kräfte: Strömungswiderstand FW = ½ 1/g cw g v2 A cw = Widerstandsbeiwert g = spezifisches Gewicht [N/m3] v = Strömungsgeschwindigkeit A = angeströmte Fläche Faßt man alle konstanten Größen zusammen, wird die Abhängigkeit vom Quadrat der Geschwindigkeit und von der Fläche deutlicher: FW = k v2 A Doppelte Geschwindigkeit erhöht den Strömungswiderstand um das 4-Fache, doppelte Fläche nur um das 2-Fache.

Strömungswiderstand: V2 zeigt, daß man Bewegungen gegen die Strömung besser langsam ausführen sollte: -> Langsame Rückholphase der Arme und Beine beim Brustschwimmen -> gute Eintauchphase im Delfin,

10 Strömungswiderstand: V2 zeigt, daß man Bewegungen gegen die Strömung besser langsam ausführen sollte: -> Langsame Rückholphase der Arme und Beine beim Brustschwimmen -> gute Eintauchphase im Delfin, Rücken und Kraul Je strömungsförmiger der Körper ist, je kleiner der Stirnwiderstand ist, desto geringer wird die angeströmte Fläche: Grundsätzlich waagerechte, gestreckte Wasserlage, gestreckte Fußstellung in der Rückholphase bei Gleichschwimmarten

11 Strömungswiderstand wiederum unterteilt sich in weitere Teilwiderstände, die auf den Schwimmer wirken: 1. Reibungswiderstand 2. Formwiderstand (Stirnwiderstand und Wirbelwiderstand) 3. Wellenwiderstand

1. Reibungswiderstand Stößt ein sich bewegender Körper in einem Gas oder einer Flüssigkeit auf relativ ruhiges Wasser, so werden die Wassermoleküle im Grenzbereich zum Körper in Bewegung gesetzt.

12 1. Reibungswiderstand Stößt ein sich bewegender Körper in einem Gas oder einer Flüssigkeit auf relativ ruhiges Wasser, so werden die Wassermoleküle im Grenzbereich zum Körper in Bewegung gesetzt. -> Bremswirkung der Nachbarschicht -> Geschwindigkeitsgefälle der Schichten -> (innere) Reibung entsteht -> Wasserteile werden aus der Bahn gedrängt -> Druckänderungen in den Schichten Im Schwimmen kommt es darauf an die Körperoberfläche so zu gestalten, dass die bremsende Wirkung dieser Wirbel ein möglichst kleines Ausmaß hat. -> grosse, grobe Schwimmbekleidung kann den Widerstand um 10-15% erhöhen

2. Formwiderstand Wird ein Körper von einer realen Flüssigkeit angeströmt, entsteht an der Vorderseite des Körpers ein Staupunkt, an dem die Flüssigkeitsteilchen relativ zum Körper betrachtet zur

13 2. Formwiderstand Wird ein Körper von einer realen Flüssigkeit angeströmt, entsteht an der Vorderseite des Körpers ein Staupunkt, an dem die Flüssigkeitsteilchen relativ zum Körper betrachtet zur Ruhe kommen. Hier wirkt gemäß Bernoulli ein großer hydrostatischer Druck auf den Körper. Er hemmt den Körper in seiner Fortbewegung. Formwiderstand Bei einem stromlinienförmigen Körper sind nur noch wenige Wirbel hinter dem Körper vorhanden. Der Formwiderstand macht im Sportschwimmen den grössten Teil des Gesamtwiderstands aus. Der Schwimmer muss viel Energie aufbringen um die Strömungen zu erzeugen und zu überwinden.

14 2. Formwiderstand +16% +25% +80 bis 106%

3.Wellenwiderstand Die Auswirkung bestehender Wellen sollte vor allem durch zweckmäßige Gestaltung der Wände, Begrenzungsleinen und das Schwimmen in der Bahnmitte reduziert werden, um den

15 3.Wellenwiderstand Die Auswirkung bestehender Wellen sollte vor allem durch zweckmäßige Gestaltung der Wände, Begrenzungsleinen und das Schwimmen in der Bahnmitte reduziert werden, um den Energieaufwand des Schwimmers bei der Erzeugung und Überwindung von Wellen zu verkleinern. Beim Gleiten in größerer Wassertiefe erreichen Körper höhere Geschwindigkeiten als an der Oberfläche -> Tauchtiefe von 0,8 0,9 m

C) Antriebe beim Schwimmsport Beschleunigung ruhender Wassermassen Das konventionelle Antriebskonzept Antriebswirkung der Schwimmbewegung auf Grund von beschleunigten Wassermassen durch die

16 C) Antriebe beim Schwimmsport Beschleunigung ruhender Wassermassen Das konventionelle Antriebskonzept Antriebswirkung der Schwimmbewegung auf Grund von beschleunigten Wassermassen durch die gradlinige Ausführung des Armzuges: ACTIO = REACTIO Problem dieser Theorie: Einmal in Bewegung versetzte Wassermassen bieten keinen nutzbaren Widerstand mehr. -> Lösung: durch diagonale Bewegungen fortlaufend ruhende Wassermassen beschleunigen

17 Beim Antrieb ist daher u.a. Folgendes zu beachten: - Hand und Arm sollten möglichst senkrecht zur Schwimmrichtung stehen. - Die wirksame Abdruckfläche soll möglichst hoch ausfallen. - Das frühzeitige Senkrechtstellen der Arme wird durch die Ellenbogen-vorn-Haltung erreicht. - Der Armantrieb beinhaltet Diagonalbewegungen. - Die hohe Beschleunigung der Hand- und Armbewegung in der Unterwasserphase ist von Bedeutung.

18 D) Kraulbewegungsanalyse (nach Hilgner-Recht) Wasserlage Gleitlage mit Körperstreckung; Rollbewegung zur Zug-Druck-Seite Atmung Armarbeit Beinarbeit Koordination Rhythmische Atmung Einatmung gegen Ende des Zug-Druck-Phase mit Kopfdrehung um die Körperlängsachse Gestreckter Beginn Beugung- Abdruck (Wasserfassen mit hohem Ellbogen, Zugphase bis etwa Körpermitte, Druckphase bis Oberschenkel) Regelmäßiger vortrieberbringender Beinschlag Abwärtsschlag aktiv, Füße einwärts gedreht/fußgelenk locker Wechselzug: linker Arm taucht ein während der rechte Arm die Zug/Druckphase beginnt Einarmige Gleitphase

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