Biomechanische Betrachtungsweise

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1 Bewegungsanalyse Biomechanische Betrachtungsweise Biomechanische Betrachtungsweise Betrachtungsweisen sportlicher Bewegungen Außensicht Morphologie... ganzheitliche Betrachtungsweisen... Innensicht Systemdynamisch... Konnektionismus... Biomechanik... empirisch-analytische Betrachtungsweisen funktionale Betrachtungsweisen... Informationsverarbeitung... Handlungstheorien Anatomischphysiologisch Fähigkeitsorientiert Funktionsanalysen

2 Biomechanische Bewegungsanalyse Biomechanische Bewegungsanalyse als empirisch-analytische Betrachtungsweise von Bewegungen Biomechanik des Sports:... die Wissenschaft von der mechanischen Beschreibung und Erklärung der Erscheinungen und Ursachen von Bewegungen im Sport unter Zugrundelegung der Bedingungen des Organismus. (WILLIMCZIK 1999) Methodischer Ansatz:... Zerlegung von beobachtbaren Bewegungen in einzelne quantitative Merkmale, zu deren Erfassung kinematographische und dynamographische Messverfahren eingesetzt werden (= empirisch-analytische Denkweise) (ROTH/WILLIMCZIK 1999) Biomechanische Bewegungsanalyse Innere und äußere Biomechanik Innere Biomechanik Funktions- und Steuerungsprozesse von Bewegungen neurophysiologischer Ansatz Innenaspekt Äußere Biomechanik Erscheinungen und Ursachen von Bewegungen nach den Gesetzen der Mechanik mechanischer Ansatz Außenaspekt Kernstück der Biomechanik im Sport

3 Biomechanische Bewegungsanalyse Ausdifferenzierung der Biomechanik des Sports Leistiungsbiomechanik Technikanalyse und Technikoptimierung Beispiel: Erklärung der Sprungweite beim Weitspringen Anthropometrische Biomechanik Eignungsdiagnose und Leistungsprognose Beispiel: Körperbaumerkmale Präventive Biomechanik Belastungsanalyse und Belastungsgestaltung Beispiel: Hebetechniken Biomechanische Bewegungsanalyse MECHANIK KINEMATIK DYNAMIK Erscheinungen von Bewegungen raum-zeitliche Charakterisierung von Bewegungen Ursachen von Bewegungen Untersuchung der Kräfte, die der Bewegung zugrunde liegen Statik Gleichgewicht der Kräfte Kinetik Beschleunigung der Kräfte

4 Biomechanische Bewegungsanalyse MECHANIK KINEMATIK Erscheinungen von Bewegungen raum-zeitliche Charakterisierung von Bewegungen also Ortsveränderungen von Körpern bzw. Körperpunkten in der Zeit, wobei Körpermasse und angreifende bzw. zugrunde liegende Kräfte unberücksichtigt bleiben Biomechanische Bewegungsanalyse MECHANIK KINEMATIK Erscheinungen von Bewegungen raum-zeitliche Charakterisierung von Bewegungen Translation Rotation Bewegungsarten Räumliche Charakteristik Zeitliche Charakteristik Bewegungsarten gleichförmig ungleichförmig

5 Biomechanische Bewegungsanalyse KINEMATIK Räumliche Charakteristik der Bewegung Bewegungsarten Fortschreitende Bewegung Translation Drehende Bewegung Rotation Biomechanische Bewegungsanalyse Translation und Rotation Translation fortschreitende Bewegung aller Punkte eines Körpers um dieselbe Streckenlänge auf geraden oder gekrümmten Bahnen Rotation um eine Drehachse bzw. einen Drehpunkt, wobei der Drehpunkt auch außerhalb des Körpers (z. B. Riesenfelge am Reck) liegen kann. Translation und Rotation bei den meisten Bewegungen kommen Translationen und Rotationen gleichzeitig vor bzw. überlagern sich

6 Biomechanische Bewegungsanalyse Translation und Rotation Translation fortschreitende Bewegung aller Punkte eines Körpers um dieselbe Streckenlänge auf geraden oder gekrümmten Bahnen Rotation um eine Drehachse bzw. einen Drehpunkt, wobei der Drehpunkt auch außerhalb des Körpers (z. B. Riesenfelge am Reck) liegen kann. Translation und Rotation bei den meisten Bewegungen kommen Translationen und Rotationen gleichzeitig vor bzw. überlagern sich (Olivier & Rockmann, 2003, S. 29; modif. nach Hochmuth, 1982, S. 17) Biomechanische Bewegungsanalyse Kinematische Größen Translatorische Bewegungen Größe Symbol Formel Einheit Weg s m (km) Zeit t s (h) Geschwindigkeit v s m / s t Beschleunigung a v m / s 2 t

7 Biomechanische Bewegungsanalyse Kinematische Größen Translatorische Bewegungen Beispiel: Geschwindigkeiten Ausgewählte Beispiele für einige Momentan- und Durchschnittsgeschwindigkeiten: Weitsprung (8,50 m); am Balken 100-m-Sprint (10,0 sec) Marathon (2:10:00 h) 20 km Gehen (1:30 h) Torschuss im Fußball Torwurf im Handball Schmetterschlag im Volleyball Schmetterball im Badminton Aufschlag im Tennis 10,42 m/s 37,5 km/h 10,00 m/s 36,0 km/h 5,39 m/s 19,4 km/h 3,69 m/s 13,3 km/h 32,80 m/s 118,0 km/h 26,10 m/s 94,0 km/h 22,00 m/s 79,2 km/h 81,00 m/s 291,7 km/h 60,00 m/s 216,0 km/h Biomechanische Bewegungsanalyse Kinematische Größen Beispiel Weitsprung a 0 h 0 W = Sprungweite = Absprungspositionsweite W 1 W 2 W 3 = Flugbahnweite = Landepositionsweite = Körperschwerpunkt (KSP) = Abfluggeschwindigkeit V 0xz V 0x V 0z = horizontale Abfluggeschwindigkeit = vertikale Abfluggeschwindigkeit Äz = Höhendifferenz des Körperschwerpunkts während des Landeanflugs a 0 h 0 = Abflugwinkel = Abflughöhe des KSP

8 Biomechanische Bewegungsanalyse Kinematische Größen Beispiel Weitsprung Eine gute Weitsprungleistung ist abhängig von: a) Abflughöhe des KSP b) Abfluggeschwindigkeit c) Abflugwinkel des KSP (19-22 nicht 45 ) Abfluggeschwindigkeit V 0xz ist die Resultierende aus der horizontalen Abfluggeschwindigkeit V 0x und der vertikale Abfluggeschwindigkeit V0y V 0y V 0xz Gruppenmittelwerte und Standardabweichungen kinematischer Merkmale einer Weitspringergruppe (Olivier & Rockmann, 2003, S. 69; modif. nach Nigg, 1973, S. 265; aus Ballreich, 1988c, S. 127) 20 KSP V 0x Biomechanische Bewegungsanalyse Kinematische Größen Rotatorische Bewegungen Größe Symbol Formel Einheit Winkel ϕ (Phi) Grad ( o ) Zeit t s (h) Winkel geschwindigkeit ω (Omega) ϕ t o / s Winkel beschleunigung α (Alpha) ω t o / s 2

9 Biomechanische Bewegungsanalyse KINEMATIK Zeitliche Charakteristik der Bewegung Bewegungsarten gleichförmige Bewegung v = konstant a = null ungleichförmige Bewegung v = variabel Gleichmäßig beschleunigte Bewegung a = konstant ungleichmäßig beschleunigte Bewegung a = variabel Biomechanische Bewegungsanalyse gleichförmige und ungleichförmige Bewegungen (Olivier & Rockmann, 2003, S. 32; modif. nach Hochmuth, 1982, S. 29,31)

10 Biomechanische Bewegungsanalyse gleichförmige und ungleichförmige Bewegungen Beispiel: 100-m-Sprintlauf... beste Läufer beschleunigen höher und schneller Biomechanische Bewegungsanalyse MECHANIK DYNAMIK... erklärt die wirklichen Bewegungen eines Körpers unter Berücksichtigung der Körpermasse und der Wirkung von Kräften. Ursachen von Bewegungen Untersuchung der Kräfte, die der Bewegung zugrunde liegen Statik Gleichgewicht der Kräfte Kinetik Beschleunigung der Kräfte

11 Biomechanische Bewegungsanalyse DYNAMIK Statik Gleichgewicht der Kräfte Kinetik Beschleunigung der Kräfte keine Bewegung Bewegung entsteht Kräfte stehen nicht im Gleichgewicht Biomechanische Bewegungsanalyse Dynamische Größen Translatorische Bewegungen auch hier unterscheidet man translatorische und rotatorische Bewegungen Größe Symbol Formel Einheit Masse m kg Kraft F m x a Masse x Beschleunigung kg x m/s 2 bzw. N Kraftimpuls p F x t bzw. m x v Masse x Geschwindigkeit kg x m/s Kraftstoß p Kraft x Zeit F x t N x s

12 Biomechanische Bewegungsanalyse Beispiel: Kraftstoß... kennzeichnet die Einwirkung einer Kraft auf einen Körper in einer bestimmten Zeit. Kraft x Zeit ( F x t ) (Einheit: Ns) Der Kraftstoß wird grafisch durch den Flächeninhalt einer Kraft-Zeit-Kurve dargestellt (hier: Kraftstoß bei variabler Kraft) (Olivier & Rockmann, 2003, S. 36; modif. nach Hochmuth, 1982, S. 37) Biomechanische Bewegungsanalyse Newton sche Gesetze bzw. Axiome Newton ( ) begründete die klassische Mechanik Axiome entsprechen der beobachtbaren Wirklichkeit.... sie sind nicht beweisbar, sondern nur aus der Wirklichkeit bzw. aus dem physikalischen Experiment verifizierbar... aus ihnen können durch rein logisches Schließen weitere Aussagen hergeleitet werden Drei hauptsächliche Axiome: Trägheitssatz Beschleunigungssatz Gegenwirkungssatz

13 Biomechanische Bewegungsanalyse 1. Newton sches Gesetz = Trägheitssatz... besagt, dass jeder Körper im Zustand der Ruhe oder einer gleichförmig gradlinigen Bewegung verharrt, wenn er nicht durch von außen wirkende Kräfte gezwungen wird, diesen Zustand zu ändern.... damit ist die Trägheit eines Körpers gemeint, die wiederum durch seine Masse bestimmt wird.... je größer die Masse eines Körpers, desto größer ist seine Trägheit und desto größer muss die einwirkende Kraft sein, um seinen Zu-stand nachhaltig zu ändern.... es wird eine Beziehung zwischen der einwirkenden Kraft und der Masse des Körpers hergestellt. Biomechanische Bewegungsanalyse 2. Newton sches Gesetz = Beschleunigungssatz... besagt, dass die Änderung der Bewegung der einwirkenden Kraft proportional ist und in der Richtung derjenigen geraden Linie verläuft, in der die äußere Kraft wirkt. Kraft = Masse x Beschleunigung m x a (kg x m/s 2 bzw. N) Grundgesetz der Mechanik... es wird eine Beziehung zwischen der einwirkenden Kraft und der an dem Körper erzielten Beschleunigung hergestellt.

14 Biomechanische Bewegungsanalyse 3. Newton sches Gesetz = Gegenwirkungssatz... besagt, dass die Kraftwirkungen zweier Körper aufeinander stets gleich groß und von entgegengesetzter Richtung sind. actio = reactio... die Kraftwirkungen eines Körpers auf einen anderen und sich selbst sind immer gleich groß und von entgegengesetzter Richtung.... es wird eine Beziehung zwischen den einwirkenden Kräften und den Massen zweier Körper hergestellt Biomechanische Bewegungsanalyse Kräfte, die in sportlichen Bewegungen auftreten... am Äußeren des Körpers gemessen... im Inneren des Körpers entstehen, bedingt durch die Hebelverhältnisse oft weitaus höhere Kräfte Einfacher Hockstrecksprung Absprung Landung Landung beim Hürdenschritt Beschleunigungsphase Sprint Jogging Gehen Dreisprung Hochsprung Judo Fall nach einem Wurf Hop Step Jump ca N (2-4-fache Gewichtskraft) ca N (bis zur 5-fachen Gewichtskraft) ca N (bis zum 8-fachen KG) ca N ca N ca. 900 N N N N ca N ca bis N

15 Biomechanische Bewegungsanalyse Dynamometrische Messungen Vertikaler (FZ) und in Laufrichtung horizontaler (FY) Kraft-Zeit-Verlauf einer Bodenkontaktphase beim Gehen (Olivier & Rockmann, 2003, S. 38) Biomechanische Bewegungsanalyse Dynamometrische Messungen Vertikale Weg-Zeit-, Geschwindigkeits-Zeit und Kraft-Zeit-Verläufe beim counter movement jump (Olivier & Rockmann, 2003, S. 43)

16 Biomechanische Bewegungsanalyse Dynamometrische Messungen Beschleunigungswege und Vertikalkräfte bei verschiedenen Ausführungen des counter movement jumps (Olivier & Rockmann, 2003, S. 51; modif. nach Hochmuth, 1982, S. 154) Biomechanische Bewegungsanalyse Dynamische Größen rotatorische Bewegungen auch hier unterscheidet man translatorische und rotatorische Bewegungen Größe Symb ol Formel Einheit Trägheitsmoment J m x r 2 Kilogramm x Meter 2 kg x m 2 Drehimpuls L M x t Kilogramm x Meter 2 /Sekunde Nm x s bzw. kg x m 2/ s Drehmoment M F x r Kraft x Radius Nm bzw. Kg x m 2/ s 2 Drehmomentenstoß L Drehmoment x Sekunde Nm x s Nm x s

17 Zur Beurteilung der Zweckmäßigkeit sportlicher Techniken sind Kriterien erforderlich, die anhand des zeitlichen Verlaufs mechanischer Parameter eine entsprechende Bewertung des Bewegungsablaufs erlauben. Im deutschen Sprachraum besonders bekannt sind die als biomechanische Prinzipien von Hochmuth (1969, 1981) eingeführten Kriterien. allgemeine Aussagen über die Zweckmäßigkeit sportlicher Bewegungen Heftige Diskussion um deren Geltungsbereich. Allgemeine Aussagen über die Zweckmäßigkeit sportlicher Bewegungen Sie enthalten die allgemeinsten Erkenntnisse über das rationale Ausnutzen der mechanischen Gesetze bei sportlichen Bewegungen. Sie stellen gewissermaßen die auf die Bewegungen des Menschen angewandten mechanischen Gesetze unter einer bestimmten Zielsetzung dar (Hochmuth, 1967, S. 187)

18 Bei sportlichen Bewegungen gelten mechanische Gesetze unter Berücksichtigung biologischer Besonderheiten des menschlichen Körpers. Physikalische Begriffe wie Kraft, Masse, Trägheit, Geschwindigkeit etc. sind bei der Beschreibung auch sportlicher Bewegung erforderlich. Biologische Grundlagen sind durch die Struktur und Funktion des passiven Bewegungsapparates vorgegeben: Abmessungen und Eigenschaften von Knochen, Sehnen, Bändern Freiheitsgrade der Bewegung in den Gelenken mechanische Eigenschaften der Muskeln in den verschiedenen Arbeitszuständen Man unterscheidet 6 : (1) Prinzip der Anfangskraft (2) Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges (3) Prinzip der optimalen Tendenz im Beschleunigungsverlauf (4) Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen (5) Prinzip der Impulserhaltung (6) Prinzip der Gegenwirkung

19 Prinzip 1 Prinzip der maximalen Anfangskraft Eine Körperbewegung, mit der ein großer Kraftstoß erreicht werden soll, ist durch eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung einzuleiten. Durch das Abbremsen der Gegenbewegung ist zu Beginn der Zielbewegung bereits eine positive Kraft (Anfangskraft) für die Beschleunigung vorhanden. Dieses vergrößert den Kraftstoß, wenn Brems- und Beschleunigungskraftstoß dabei in einem optimalen Verhältnis stehen. Prinzip der Anfangskraft: Kraft-Zeit-Verlauf Ausholbewegungen müssen abgebremst werden. Dieser Vorgang heißt Amortisation. Abwärtsbeschleunigungen müssen amortisiert werden. Von optimaler Amortisation spricht man, wenn Bremskraftstoß und Beschleunigungskraftstoß das Verhältnis 1:3 nicht überschreiten. Dieses Verhältnis ist für Vertikalsprünge aus Untersuchungsergebnissen gewonnen. Bremskraftstoß : Beschleunigungskraftstoß = 1:3 = 0,33 Beispiel: Kraft-Zeit-Kurve eines optimalen Vertikalsprungs

20 Beispiel: Kraft-Zeit-Kurve eines optimalen Vertikalsprungs tiefe Hockstellung letzter Bodenkontakt KSP-Bewegung Abwärtsbewegung Streckung Flug Beschleunigungskraftstoß t F = m x g F = 0 negativer Kraftstoß Bremskraftstoß Verhältnis von Bremskraftstoß zum Beschleunigungskraftstoß optimieren (» 1:3 bis 1:5) t Prinzip der Anfangskraft: Kraft-Zeit-Verlauf Bei Beuge- und Streckbewegungen ist mit direkter Bewegungsumkehr zu Beginn der Streckbewegung eine positive Anfangskraft vorhanden. Ist die Ausholbewegung und der die Ausholbewegung abfangende Bremskraftstoß zu groß, wird für das Abbremsen der Ausholbewegung zuviel von der zur Verfügung stehenden Kraft verbraucht, die dem Beschleunigungskraftstoß nicht mehr zur Verfügung stehen kann. Bremskraftstoß und Beschleunigungskraftstoß dürfen ein optimales Verhältnis nicht überschreiten. Beispiel: Kraft-Zeit-Verlauf bei verschiedenen Sprungarten

21 Verschiedene Sprungarten und deren zeitliche und dynamische Abstimmung von Ausholbewegung und Beschleunigungsbewegung Welche Kraftstöße entstehen? a) Der Springer senkt aus dem Stand in die Ausholstellung, verharrt dort 3 Sekunden und springt dann - ohne nochmalige Ausholbewegung - nach oben ab (Squat-Jump) b) Der Springer lässt die Ausholbewegung und den Sprung fließend ineinander übergehen (Counter-Movement-Jump) c) Der Springer führt vor dem Hochsprung zwei bis drei einleitende Laufschritte aus und lässt sie fließend in den beidbeinigen Absprung übergehen (Drop-Jump) d) Der Springer steht auf einem dreiteiligen Sprungkasten, springt von dort herunter und lässt den Niedersprung fließend in den Anschlagsprung übergehen (Drop-Jump als Niedersprung) Kraftstoßverlauf bei Sprungart a, b, c F= Kraft F1 negativer Kraftstoß F2 Bremskraftstoß F3 Beschleunigungskraftstoß B Beginn des Bremskraftstoßes A -A1 Anfangskraft t Zeit G=Gewichtskraft des Springers Unterschiedliche Kraft-Zeit- Verläufe bei Sprüngen Bei b und c liegt die Anfangskraft deutlich höher als bei Sprungart a (die Muskeln leiten die Bewegungsumkehr mit deutlich höherer Kraft ein) (c) Drop-Jump (a) Squat-Jump (b) Counter-Movement-Jump

22 Kraftstoßverlauf bei Sprungart d (Niedersprung) Unterschiedliche Kraft-Zeit- Verläufe bei Sprüngen Ungünstiges Verhältnis von Bremskraftstoß und Beschleunigungskraftstoß. Die Anfangskraft ist deshalb geringer als bei den Sprungarten b und c. Prinzip 2 Prinzip des optimalen Beschleunigungswegs Soll im Laufe einer sportmotorischen Fertigkeit der Körper des Sportlers oder eines Sportgerätes auf eine hohe Endgeschwindigkeit gebracht werden, muss der Beschleunigungsweg eine optimale Länge haben und geradlinig oder stetig gekrümmt sein. Bei Körperbewegungen, mit denen eine möglichst hohe Endgeschwindigkeit erreicht werden soll, ist ein optimal langer Beschleunigungsweg auszunutzen. Dabei soll der geometrische Verlauf des Beschleunigungsweges gradlinig oder stetig gekrümmt sein.

23 Prinzip des optimalen Beschleunigungswegs Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweg kommt bei bei solchen sportlichen Bewegungen zum Tragen, die hohe Endgeschwindigkeiten erfordern (z. B. Würfe/Stöße in der Leichtathletik). Länge und Richtung des Beschleunigungsverlaufs müssen optimal gestaltet werden, wobei optimal nicht unbedingt maximale Länge des Beschleunigungsweges bedeutet. Beispiel: Kugelstoßen Prinzip des optimalen Beschleunigungswegs Beispiel: Sprungbewegung Bei der Gestaltung der räumlichen Länge der Ausholbewegung konkurrieren zwei Bedingungen, eine physikalische und eine biologische: Physikalische Bedingung: Ausholbewegung möglichst groß gestalten, damit ein möglichst großer (maximalen) Beschleunigungsweg zur Verfügung steht. Biologische Bedingung: Ausholbewegung nicht zu tief, denn Hebel- und Kraftverhältnisse und Freiheitsgrade sind zu berücksichtigen

24 Prinzip des optimalen Beschleunigungswegs Beispiel: Sprungbewegung Schwerkraftmomente bzgl. Hüft- und Kniegelenk in verschiedenen Beinbeugestellungen; G: Gewicht KSP(X): Körperschwerpunkt r: Kraftarm des Gewichts Prinzip 3 Prinzip der optimalen Tendenz im Beschleunigungsverlauf Die größten Beschleunigungskräfte sollen am Anfang der Beschleunigungsphase wirksam werden, wenn es darum geht, schnellstmöglich hohe Kräfte zu entwickeln (Bsp. Boxen). Sollen hohe Endgeschwindigkeiten erreicht werden, liegen die größten Beschleunigungen am Ende des Beschleunigungsweges (Beispiel leichtathletische Wurfdisziplinen).

25 Prinzip 4 Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen Bei sportlichen Sprüngen vergrößern die Schwungbewegungen den Absprung-Kraftstoß, indem ihre reaktive Wirkung die Zeitdauer des Kraftstoßes der Beinstreckung verlängert Das Ziel heißt: Schwungübertragung: Durch plötzlich abgebremste Ausholbewegungen wird Energie nicht vernichtet, sondern in einer Gliederkette weitergeleitet Bei vielen sportlichen Bewegungen ist es möglich, den Gesamtimpuls durch das Hintereinanderschalten mehrerer Einzelimpulse zu erhöhen. Wesentlich ist dabei, dass der Impuls durch Abbremsung von einem Körperteil auf ein anderes übertragen werden kann. Dabei sollen die Beschleunigungsmaxima der Körperteile zeitlich nacheinander auftreten... Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen Beispiel: Sprungbewegung (Jump and Reach) Durch die Streckbewegung der Beine und die Schwungbewegung der Arme werden beide Impulse für die Aufwärtsbewegung genutzt. (allerdings keine einfache Addition beider Kraftwirkungen, da noch Reaktions - kräfte eine Rolle spielen)

26 Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen Teilaktionen gut aufeinander abgestimmt sein. So beeinflusst z.b. beim Hochsprung nicht nur die Aktion des Sprungbeins die Sprungleistung. Auch das Schwungbein und die Armbewegung erzeugen Impulse, die für die Gesamtbewegung wichtig sind und die in einem optimalen Verhältnis stehen müssen. Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen Ein weiteres Beispiel (hohe Geschwindigkeit eines Körperteils): Beim Kugelstoßen wird die Kugel (nacheinander) durch die Streckbewegung der Beine, durch Aufrichten des Rumpfes und die Schwungbewegung des Armes/der Hand in Bewegung gesetzt. Nacheinander der Teilkräfte

27 Prinzip 5 Prinzip der Impulserhaltung Das Prinzip der Impulserhaltung beruht auf dem Drehimpulserhaltungssatz. Danach bleibt der Drehimpuls einer Bewegung konstant, wenn keine äußeren Kräfte wirken. Diese Gesetzmäßigkeit erlaubt einem Sportler die aktive Kontrolle seiner Drehgeschwindigkeit. Prinzip der Impulserhaltung der Dreh- und Pendelbewegungen Durch Annäherung der Extremitäten an eine Drehachse können Drehbewegungen ohne Veränderung des Krafteinsatzes beschleunigt werden. Vergrößerung der Winkelgeschwindigkeit durch Verkleinerung des Trägheitsmoments (infolge der Annäherung der Masseteile an die Drehachse). Bei der Riesenfelge ist die Reckstange die Drehachse.

28 Prinzip der Impulserhaltung der Dreh- und Pendelbewegungen Beim Saltoist die Körperquerachse die Drehachse Bei der Piruette ist die Körperlängsachse die Drehachse. Prinzip 6 Prinzip der Gegenwirkung (und des Drehrückstoßes) Das Prinzip der Gegenwirkung besagt, dass bei Bewegung im freien Fall oder Flug die Bewegung einzelner Körperteile notwendigerweise die Gegenbewegung anderer Körperteile zur Folge hat. Dieses beruht auf dem dritten Newtonschen Gesetz ( actio et reactio ).

29 Prinzip der Gegenwirkung (und des Drehrückstoßes) Der Gegenwirkungssatz (3. Newtonsches Gesetz) besagt: Wirkt ein Körper A auf einen Körper B die Kraft F aus, dann übt Körper B auf A eine gleichgroße, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft F aus. Bei sportlichen Bewegungen liefert in der Regel die mechanische Umwelt die Reaktionskraft zur Muskelkraft des Sportlers. Prinzip der Gegenwirkung (und des Drehrückstoßes) Finden Aktionen bestimmter Körperteile keine Reaktion in der Umwelt (Flugbewegungen, freier Fall), so sind notwendigerweise Gegenbewegungen anderer Körperteile die Folge. Beispiel Weitsprung: Der Springer bringt während der Flugphase die Beine nach vorne. Nach dem Prinzip der Gegenwirkung wird automatisch der Oberkörper nach vorne gebeugt.

30 Prinzip der Gegenwirkung (und des Drehrückstoßes) Beispiel Hürdenlauf: Der Läufer bringt während der Flugphase das Schwungbein nach unten. Nach dem Prinzip der Gegenwirkung wird automatisch der Oberkörper nach oben gestreckt. Prinzip der Gegenwirkung (und des Drehrückstoßes) Beispiel Skilauf: Wie verhindert der Skiläufer bei der starken Rücklage in Bild 3 einen Sturz? Er macht weiträumige und schnelle Kreisbewegungen rückwärts mit den Armen (actio = reactio) Der Drehimpuls der Arme muss gleich groß sein wie der Drehimpuls des Rumpfes (actio = reactio), diesem aber entgegengerichtet sein. Da das Trägheitsmoment des korrigierenden Körperteils (hier also der Arme) im Vergleich zum Trägheitsmoment des zu korrigierenden Körperteils (Rumpf) relativ klein ist, muss für eine geringfügige Korrektur der Körperhaltung verhältnismäßig schnelles und weiträumiges Armkreisen erfolgen.

31 Prinzip der Gegenwirkung (und des Drehrückstoßes) Beispiel Schwebebalken: Hat eine Turnerin auf dem Balken zu viel Seitlage nach rechts, so kann sie mit den Armen nach rechts kreisen und damit eine korrekte Standposition erreichen. Schwebebalken Pferdsprung Beispiel Pferdsprung: Hat ein Springer in der zweiten Flugphase zu viel Vorlage, so kann er durch Armkreisen vorwärts eine korrekte Landung erreichen. Kritische Anmerkungen Die Prinzipien basieren ausdrücklich auf mechanischen Überlegungen, schließen dabei in ihre Aussagen die mechanische Erscheinung der biologisch bedingten Sachverhalte, die sich in den Bewegungsabläufen widerspiegeln, mit ein, ohne jedoch die biologische Begründung dafür angeben zu können". Die Allgemeingültigkeit sämtlicher Prinzipien wird durch sportartspezifische Bedingungen eingeschränkt, was dem Charakter eines Prinzips widerspricht. Mit diesen Prinzipien - soweit es sich nicht um mechanische Gesetze handelt - konkurrierende Kriterien schränken die Anwendbarkeit dieser Art von Prinzipien weiter ein.

32 Kritische Anmerkungen Die dargestellten Prinzipien sind bei kritischer Anwendung hilfreiche Leitlinien bei der Beurteilung sportlicher Techniken. Prinzipien im strengen Sinne allgemeingültiger Grundsätze sind es nicht. Die biologischen Charakteristiken fehlen vollständig." (Baumann, in: Willimczik 1989, S.98) Optimale Bewegungsabläufe müssen physikalischen/ mechanische Gesetze berücksichtigen. Aber es ist nicht möglich, aus einem physikalischen Gesetz unmittelbar einen optimalen Bewegungsablauf zu konstruieren, da der Körper und die Sportart bzw. Bewegung spezifische Voraussetzungen haben. Deshalb sollte man von biomechanischen Prinzipien als Leitlinien sprechen (Gesetze wie in der Physik sind es ohnehin nicht). alle Prinzipien wurden dahingehend modifiziert, dass sich ihre Aussagen unterschiedlich auf bestimmte Gruppen strukturverwandter Bewegungsabläufe oder Zielstellungen beziehen.

33 Sieben Gruppen strukturverwandter Bewegungsabläufe (Olivier & Rockmann, 2003, S. 45/46) Sieben Gruppen strukturverwandter Bewegungsabläufe (Olivier & Rockmann, 2003, S. 45/46)

34 Methoden zur Ermittlung biomechanischer Größen Kinemetrie bzw. Kinematographie Bestimmung der kinematischen Größen Weg und Zeit sowie die daraus abgeleiteten Größen Geschwindigkeit und Beschleunigung Dynamometrie Bestimmung der Kräfte in Abhängigkeit von der Zeit sowie der daraus abgeleiteten Größen wie z.b. Drehmoment und Drehimpuls Messprinzipien mechanisch (Maßband, Stoppuhr) elektronisch (Umwandlung mechanischer in elektrische Größen) optisch (Film- und Videoanalyse) Methoden zur Ermittlung biomechanischer Größen Kinemetrie bzw. Kinematographie Bestimmung der kinematischen Größen Weg und Zeit sowie die daraus abgeleiteten Größen Geschwindigkeit und Beschleunigung direkte Verfahren direkte Ortsmessung - Schrittlängenmessung direkte Zeitmessung - Stoppuhr - Lichtschranke indirekte Verfahren = optische verfahren Bildserienfotographie Film- / Videoanalyse Messprinzipien: vorwiegend mechanisch und optisch

35 Methoden zur Ermittlung biomechanischer Größen Dynamometrie Bestimmung der Kräfte in Abhängigkeit von der Zeit sowie der daraus abgeleiteten Größen wie z.b. Drehmoment und Drehimpuls Es werden diejenigen Kräfte gemessen, die zwischen dem Gesamtsystem Mensch und seiner Umwelt auftreten. Typische Meßverfahren: Messplattformen bestimmen am Boden auftretende Reaktionskräfte dynamometrische Reckstange Bestimmen auf die Reckstange ausgeübte Kräfte dynamometrische Stemmbretter und Dollen Bestimmen auf das Ruderboot ausgeübte Kräfte dynamometrische Skier Bestimmen auf die Skier ausgeübte Kräfte dynamometrische Fahrräder Bestimmen die Kräfte bei der Trittbewegung Messprinzipien: vorwiegend elektronisch und optisch Biomechanische Bewegungsanalyse Probleme und Kritikpunkte Ausgereifte und anerkannte Teildisziplin der Sportwissenschaft Trotzdem besteht die Gefahr der Verabsolutierung Zu beachten ist: - nur spezieller Aspekt der Mechanik - nur der Außenaspekt der Bewegung - die analytische Herangehensweise lässt die Ganzheitlichkeit vermissen - die Erkenntnisse müssen in die Sprache der Praktiker übersetzt werden