Sportwissenschaft. Elektronischer Sonderdruck für Armin Kibele. Biomechanische Grundlagen des Startsprungs im Schwimmen

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1 Sportwissenschaft The German Journal of Sports Science Bundesinstitut für Sportwissenschaft Deutscher Olympischer Sportbund Deutsche Vereinigung für Sportwissenschaft Elektronischer Sonderdruck für Armin Kibele Ein Service von Springer Medizin Sportwiss : DOI /s Springer-Verlag 2011 zur nichtkommerziellen Nutzung auf der privaten Homepage und Institutssite des Autors Armin Kibele Sebastian Fischer Kristina Biel Biomechanische Grundlagen des Startsprungs im Schwimmen Übersichtsbeitrag im Zuge der Einführung neuer Startblockmodelle

2 Hauptbeiträge Sportwiss : DOI /s Springer-Verlag 2011 Armin Kibele Sebastian Fischer Kristina Biel Institut für Sport und Sportwissenschaft, Universität Kassel Biomechanische Grundlagen des Startsprungs im Schwimmen Übersichtsbeitrag im Zuge der Einführung neuer Startblockmodelle Mit der Änderung der FINA-Regel 2.7 wurde von der Firma Swiss Timing Inc. ein neuer Startblock mit der Bezeichnung OSB11 (Omega Starting Block) entwickelt, der vom Internationalen Schwimmverband (FINA) im April 2008 für internationale Wettkämpfe (nach den Olympischen Spielen in Peking 2008) zugelassen wurde (FINA Press Release 19, 2008). Der OSB11 weist gegenüber dem herkömmlichen Modell eine längere und leicht steilere Startblockoberfläche auf und lässt eine keilförmige Abdruckhilfe sowie seitlich angebrachte Handgriffe zu. Starting platforms shall be firm and give no springing effect. The height of the platform above the water surface shall be from 0.5 metre to 0.75 metre. The surface area shall be at least 0.5 metre x 0.5 metre and covered with non-slip material. Maximum slope shall not be more than 10. The starting platform may have an adjustable setting back plate. The platform shall be constructed so as to permit the gripping of the platform by the swimmer in the forward start at the front and the sides; it is recommended that, if the thickness of the starting platform exceeds 0.04 metre, grips of at least 0.1 metre width on each side and 0.4 metre width in the front be cut out to 0.03 metre from the surface of the platform. Handgrips for the forward start may be installed on the sides of the starting platforms. Handgrips for backstroke starts shall be placed within 0.3 metre to 0.6 metre above the water surface both horizontally and vertically. They shall be parallel to the surface of the end wall, and must not protrude beyond the end wall. The water depth from a distance of 1.0 metre to 6.0 metres from the end wall must be at least 1.35 metres where starting platforms are installed. Electron ic read-out boards may be installed under the blocks. Flashing is not allowed. Figures must not move during a backstroke start. (FR 2.7 FINA Rules, 2010) Bisherigen Untersuchungen zufolge können mit dem Schrittstart auf dem neuen Block gegenüber dem herkömmlichen Modell deutlich bessere Startleistungen erzielt werden (Honda, Sinclair, Mason & Pease, 2010; Biel, Fischer & Kibele, 2010). Dabei werden mittlere Verbesserungen um etwa 0,20 s beobachtet, wobei kürze Blockzeiten und höhere horizontale Abfluggeschwindigkeiten besonders zu Buche schlagen. Aus den Ergebnissen von Biel et al. kann darüber hinaus eine Änderung im Eintauchverhalten abgeleitet werden. Demgegenüber waren für den Parallelstart auf dem neuen Block keine Verbesserungen zu verzeichnen. Weiterhin zeigt eine Studie von Vint et al., dass auch die Nutzung von seitlich angebrachten Handgriffen die Schrittstartleistung sehr deutlich zu verbessern vermag (Vint, Hinrichs, Riewald, Mason & McLean, 2009). Die vorliegenden Befunde lassen darauf schließen, dass mit der Einführung des OSB11 (und weiteren Nachfolgemodellen) eine Änderung der Starttechniken einhergehen dürfte. Der damit wohl verbundene Einschnitt in die Gestaltung des Startsprungverhaltens bietet daher am Vorabend veränderter Starttechniken Anlass, zurückzublicken und die wesentlichen Befunde biomechanischer Untersuchungen mit dem herkömmlichen Startblockmodell zusammenzufassen. Der vorliegende Beitrag hat daher zum Ziel, die wichtigsten Erkenntnisse zur Biomechanik des Startsprungs nachzuzeichnen und sowohl den Individualstart mit seinen bisher vorwiegend praktizierten Varianten, dem Schrittstart und dem Parallelstart sowie den Staffelstart zu berücksichtigen. Neben der Analyse von kinematischen Einflussfaktoren werden dynamische Bewegungsmerkmale, wie der Linearimpuls (neben den zugehörigen horizontalen und vertikalen Bodenreaktionskräften) und der Drehimpuls in die Betrachtung einbezogen. Für den außenstehenden Beobachter stellt der Startsprung im Schwimmen eine zunächst sehr einfache Bewegungsfertigkeit dar, bei der auf ein akustisches Signal hin eine vorwärts gerichtete Absprungbewegung vom Block in das Wasser ausgeführt wird, um dort möglichst schnell in eine Schwimmlage überzugehen. Was auf den ersten Blick nach einem einfachen Bewegungsablauf aussieht, erweist sich jedoch in der detaillierten biomechani- Die diesem Beitrag zugrundeliegenden Untersuchungen wurden mit finanzieller Unterstützung des Bundesinstituts für Sportwissenschaft ( , , , ) sowie des Deutschen Olympischen Sportbundes durchgeführt. 202 Sportwissenschaft

3 schen Analyse als eine koordinativ komplexe Bewegungsaufgabe mit interdependenten Einflussfaktoren und mehreren optionalen Lösungsalternativen. So konnten in den Untersuchungen von Seifert und Kollegen (Seifert, Vantorre, Lemaitre, Chollet, Toussaint & Vilas-Boas, 2010) bei französischen Spitzenschwimmern unabhängig von der Startleistung vier unterschiedliche Bewegungscluster für die Flugphase ermittelt werden. Die gleiche Anzahl von Bewegungsmustern wurde von Vantorre et al. (Vantorre, Seifert, Fernandes, Vilas-Boas & Chollet, 2010) bei Eliteschwimmern für die Unterwasserphase nach dem Eintauchen bis zum Übergang in die Schwimmlage ermittelt. Auch für die Gestaltung der Absprungphase auf dem Block lassen sich in der Fachliteratur mindestens drei unterschiedliche Bewegungsstrategien ausmachen. Dabei werden z. B. für den Parallelstart im Zuge von längeren Kontaktzeiten günstige Bedingungen für die Entwicklung von hohen Absprungimpulsen (z. B. über längere Beschleunigungswege) angenommen (Benjavanutra, Lyttle, Blanksby & Larkin, 2004). Vilas-Boas und Kollegen (Vilas-Boas, Cruz, Sousa, Conceicao, Fernandes & Carvalho, 2003) konnten bei annähernd gleichen Startleistungen für den Parallelstart gegenüber dem Schrittstart kürzere Reaktionszeiten, längere Zeiten für die Erzeugung des Horizontalimpulses, größere Flugweiten sowie zeitlich kürzere Gleitphasen nachweisen. Es spielte dabei keine Rolle, ob beim Schrittstart das Körpergewicht eher auf das vordere oder das hintere Bein verlagert war. Schrittstarter zeigten demgegenüber kürzere Blockzeiten (Ayalon, Van Gheluwe & Kanitz, 1975; Benjanuvatra, Lyttle, Blanksby & Larkin, 2004) und erzeugten gegenüber dem Parallelstart flachere Flugkurven. 1 Damit scheint ein wesentlicher Vorteil des Parallelstarts in einer höheren horizontalen Abfluggeschwindigkeit zu liegen (Benjanuvatra et al., 2004), die jedoch gegenüber dem Schrittstart durch eine längere 1 Bei Costill, Maglischo und Richardson (1992, S. 111 ff) werden flachen Flugkurven gegenüber steilen Flugkurven höhere horizontale Abfluggeschwindigkeiten zugeschrieben. Blockzeit erkauft werden muss (Lyttle & Benjanuvatra, 2004). Aus diesen Ergebnissen lässt sich schlussfolgern, dass Schwimmern auch für das Absprungverhalten unterschiedliche und z. T. gegenläufige Lösungsalternativen (s. Blockzeiten und horizontale Abfluggeschwindigkeiten bei Parallelund Schrittstart) zur Verfügung stehen, wobei wie Issurin und Verbitsky (2002) in einer Analyse der Starttechniken während der Olympischen Spiele 2000 in Sydney belegen konnten sich Vor- und Nachteile der einzelnen Techniken in etwa die Waage halten, ohne dass dabei wesentliche Unterschiede in der Startleistung zutage treten. Ähnliches wird von Vilas- Boas et al. (2003) in einer vergleichenden Studie von Parallelstart und zwei Schrittstartvarianten (mit einer Körpergewichtsverlagerung auf das vordere und das hintere Bein) resümiert: Findings pointed out that, despite several biomechanical differences that were found between the three starting techniques, all of them seemed to be equally valuable, because all the differences noticed above the water vanished once the water glide took place. (Vilas-Boas et al., 203, S. 249) Es spricht einiges dafür, dass sich mit der Einführung des neuen Startblocks und dessen besonderem Nutzen für die Schrittstarttechnik diese Patt-Situation auflösen könnte und eine Vereinheitlichung des Startverhaltens im Spitzenbereich zu beobachten sein wird. Bevor im Folgenden eine Diskussion zu unterschiedlichen Starttechniken und ihren Einflussfaktoren auf die Startleistung erfolgt, soll dargelegt werden, durch welche Kennwerte die Startleistung erfasst oder besser abgeschätzt wird. Kennwerte zur Startleistung Als quantitative Kennwerte für die Abschätzung der Startleistung werden in der Fachliteratur (abhängig von nationalen Gepflogenheiten und von Vorgaben durch die Leistungsdiagnostiken in den Schwimmverbänden) zumeist die Zeiten zwischen dem Startsignal und dem Durchgang eines Körperpunktes bei 5 m, 6 m, 7,5 m oder 10 m angesetzt. Die Gründe für diese unterschiedlichen Messstrecken betreffen spezifische Beschränkungen danach, welche Startphasen in der Startleistung abgebildet werden sollen. Während bei maximalen Flugweiten von bis zu 3,5 m für Spitzenschwimmer (z. B. Holthe & McLean, 2001; Blanksby, Nicholson & Elliott, 2002; Küchler, Leopold & Graumnitz, 2005) bei 5 m die Wassereintrittphase möglicherweise noch nicht vollends abgeschlossen ist, könnten bei einer Messstrecke von 10 m möglicherweise schon Vortriebsbewegungen durch die Beine erfolgen. In verschiedenen Studien (z. B. Issurin & Verbitsky, 2002; Seifert et al., 2010; Vantorre et al., 2010) wird auch die Zeit bis 15 m als eine Kenngröße der Startleistung herangezogen, wobei Vortriebsbewegungen unter Wasser und der Übergang in die Schwimmlage einbezogen sind. Gemäß der FINA- Regel SW5.3 für Freistilwettbewerbe (FINA Rules, 2010) muss der Kopf vor der 15-m-Marke aus dem Wasser wieder auftauchen. Für statistische Analysen betreffend die Einflussfaktoren der 15-m-Startleistung werden bivariate Zusammenhänge mit einzelnen Prädiktoren (z. B. für Kennwerte des Absprungverhaltens) gegenüber anderen Studien mit kürzeren Messstrecken möglicherweise vermindert, da die Kriteriumsvarianz auch durch weitere Varianzquellen bedingt ist. Damit wird deutlich, dass mit unterschiedlichen Streckenlängen für die Erfassung der Startleistung auch unterschiedlich hohe statistische Beziehungen zu anderen Bewegungsmerkmalen zutage treten können. 2 Dieses Argument lässt sich auch auf Studien übertragen, in denen Männer und Frauen (Miller et al., 2003; Benjavanutra et al., 2004) oder Nachwuchsschwimmer und Leistungsschwimmer (z. B. Kibele et al., 2007) zu einer Stichprobe zusammengefasst werden. 2 Für die Leistungsdiagnostik im Deutschen Schwimmverband hat sich die Zeit bis 7,5 m etabliert (z. B. Küchler, Hildebrand & Leopold, 1997; Küchler & Leopold, 2000). Diese Setzung ist durch die Intention begründet, nur die Bewegungsphasen des Startvorgangs einzubeziehen, die noch nicht durch Vortriebsbewegungen im Wasser beeinflusst werden. Seit 2009 wird in der Leistungsdiagnostik des Deutschen Schwimmverbandes neben der 7,5-m-Zeit die 5-m-Zeit als Kriterium für die Startleistung herangezogen. Sportwissenschaft

4 Hauptbeiträge Neben den Zeiten für die unterschiedlichen Startstrecken (die den Durchschnittsgeschwindigkeiten auf diesen Strecken entsprechen) wird in neueren Studien die Momentangeschwindigkeit am Ende der Startstrecke als ein wichtiger Prädiktor der Startleistung einbezogen (z. B. Welcher, Hinrichs & George, 2008). Damit ist die Überlegung verknüpft, dass zumindest theoretisch eine hohe Durchschnittsgeschwindigkeit mit einem Rückgang der Momentangeschwindigkeit im letzten Streckenabschnitt verbunden sein könnte. Tatsächlich stellt das richtige Timing für den Beginn der aktiven Vortriebsbewegung unter Wasser eine für die Startphase wichtige Einflussgröße dar (z. B. Elipot, Hellard, Taïar, Boissière, Rey, Lecat & Houel, 2009; Elipot, Dietrich, Hellard & Houel, 2010). Es wird hier davon ausgegangen, dass die Vortriebsbewegungen unter Wasser dann einsetzen sollten, wenn die Gleitgeschwindigkeit unter die Schwimmgeschwindigkeit absinkt. Bezüglich dieser Problematik konnten Welcher et al. (Welcher et al., 2008) zeigen, dass auch für eine kurze Startstrecke von 5 m durch die Momentangeschwindigkeit an deren Ende wichtige Zusatzinformationen für die Startleistung gewonnen werden. Fasst man die wichtigsten Studien über biomechanische Einflussfaktoren der Startleistung zusammen, so lassen sich mit dem herkömmlichen Startblockmodell (zumeist vor dem Hintergrund unterschiedlicher Starttechniken) folgende bedeutsamen kinematischen Parameter herausstellen: Blockzeit (z. B. Blanksby et al., 2002; Breed & Young, 2003; Vilas-Boas et al. 2003; Benjanuvatra, et al., 2004; Kibele & Fischer, 2010), Abflugwinkel (z. B. Holthe & McLean, 2001; Miller et al., 2003), Flugweite (z. B. Holthe & McLean, 2001; Benjanuvatra, Edmunds & Blanksby, 2007), Eintauchwinkel (z. B. Holthe & McLean, 2001; Miller et al., 2003) und Tauchtiefe (z. B. Pereira, Ruschel & Araújo, 2006). In Studien, die die Startleistung über längere Wegstrecken abschätzen und dabei die Gleitphase neben den Vortriebsbewegungen unter Wasser einbeziehen, kommen Bewegungsmerkmale wie die Unterwasserzeit (Arellano, Moreno, Martinez & Ona, 1996; Cossor & Mason, 2001; Vilas-Boas et al., 2003; Vantorre et al., 2010) oder der Unterwasserweg (Cossor & Mason, 2001) hinzu. Die Erhebung dieser Kennwerte erfolgt in den meisten Fällen über Filmbildanalysen mit mehreren Kameras (und Bildfrequenzen zwischen 25 und 100 Hz). In wenigen Fällen (z. B. Benjanuvatra et al., 2004) wurden kinematische Kennwerte auch über die Integration von Kraft-Zeit-Verläufen ermittelt. Gegenüber den kinematischen Bewegungsmerkmalen werden als kinetische Einflussfaktoren der Startleistung Spitzenwerte und Durchschnittswerte für die horizontalen und vertikalen Kraftverläufe sowie die zugehörigen Linearimpulse unterschieden (z. B. Nützel & Thoma, 1986; Guimarães & Hay, 1985; Arellano, Pardillo, De La Fuente & Garcia, 2000; Benjanuvatra, et al., 2004; Lyttle & Benjanuvatra, 2004; Krüger, Wick, Hohmann, El-Bahrawi & Koth, 2003; Caldwell et al., 2004; Kibele, 2004; Vint et al., 2009). Darüber hi naus wird durch die Arbeitsgruppe um Kibele (Kibele, 2006; Kibele, 2007; Kibele & Fischer, 2009b) in verschiedenen Studien auf die Bedeutung des Drehimpulses für die Startleistung hingewiesen (s. auch für den Staffelstart: McLean, Holthe, Vint, Beckett & Hinrichs, 2000). Die zugehörigen Analysen wurden mit stationären Startblockkonstruktionen durchgeführt, die eine Analyse von horizontalen und vertikalen Bodenreaktionskräften über spezielle Kraftsensoren oder durch die Verankerung von kommerziellen Messdruckplatten ermöglichten. Mit dem mobilen Messstartblock der Arbeitsgruppe um Kibele liegt zwischenzeitlich auch ein portables Untersuchungssystem vor, das Messungen an beliebigen Standorten mit Startbrücken ermöglicht (Kibele, 2004; Kibele, 2006). Welche Absprungtechnik? Die Startbewegung wird im Individualwettbewerb aus einer ruhigen Starthaltung heraus durch einen Absprung vom Block eingeleitet und mündet nach einer Flugphase in das Eintauchen, dem wiederum eine Umlenkbewegung in die horizontale Schwimmlage neben einer Gleitphase und ersten Vortriebsbewegungen durch die Beine folgt (detaillierte Bewegungsbeschreibungen z. B. bei Küchler & Leopold, 2000; Maglischo, 2003, S. 265ff; Ungerechts et al., 2009, S. 112 ff). Für den Absprung vom Block liegen in den Individualwettkämpfen mit der parallelen Beinstellung (Parallelstart 3 erstmals bei Hanauer, 1972) und der Schrittstellung (Schrittstart erstmals bei Fitzgerald, 1973) bislang im Leistungssport noch etwa gleich häufig zu beobachtende prototypische Starttechniken vor (Issurin & Verbitsky, 2002). Im letzteren Fall werden mit der Körpergewichtsverlagerung auf dem vorderen und dem hinteren Bein (z. B. Breed & McElroy, 2003; Vilas-Boas et al., 2003; Welcher et al., 2008), unterschiedlich langen Schrittweiten (Ayalon et al., 1975; LaRue, 1985; Holthe & Mc- Lean, 2001) sowie mit einhändigem und beidhändigem Zug am Block (Galbraith, Scurr, Hencken, Wood & Graham-Smith, 2008) und der Nutzung von seitlich angebrachten Handgriffen (Vint et al., 2009) auch unterschiedliche Ausführungsvarianten unterschieden. Gegenüber dem Individualwettbewerb war bis vor wenigen Jahren in internationalen Staffelwettbewerben zumeist nur der Parallelstart mit einer vorausgehenden, freien Armschwungbewegung (vgl. Maglischo, 2003, S. 279) zu beobachten. In jüngerer Zeit werden in Staffelwettbewerben jedoch auch alternative Einzel- und Mehrschrittstarts praktiziert. Untersuchungen dazu deuten darauf hin, dass durch die neuen Varianten des Staffelstarts bessere Staffelstartleistungen zu erreichen sind (McLean, Holthe, Vint, Beckett & Hinrichs, 2000; Kibele & Fischer, 2010). Die Frage nach der optimalen Starttechnik darf mit den Untersuchungsergebnissen von Seifert et al. nicht mehr nur auf die Absprungphase bezogen werden, sondern muss auch auf unterschiedliche Flugtechniken (z. B. Seifert et al., 2010) und dementsprechende Tauchtechniken (z. B. Vantorre et al., 2010) erweitert werden. Dabei bleibt trotz einer Vielzahl an unterschiedlichen Studien selbst für die 3 Für den Parallelstart hat sich in der Fachliteratur auch die Bezeichnung Greifstart (engl. grabstart ) etabliert. Da jedoch auch beim Schrittstart (engl. trackstart ) die Arme nach vorne unten greifen, sind Missverständnisse nicht ausgeschlossen. Wir bevorzugen daher die Bezeichnung Parallelstart gegenüber dem eher gebräuchlichen Greifstart. 204 Sportwissenschaft

5 Zusammenfassung Abstract Absprungtechnik offen, ob der Parallelstart oder der Schrittstart einen schnelleren Start gewährleistet (vgl. auch Diskussion bei Lyttle & Benjavantura, 2004). So weisen manche Autoren darauf hin, dass ein Parallelstart wegen der günstigeren Voraussetzungen für die bilaterale Kraftentfaltung schneller erfolgen würde (Zatsiorsky, Bulgakova & Chaplinsky, 1979; Counsilman, Counsilman, Nomura & Endo, 1988; Krüger et al., 2003). Andere Veröffentlichungen konnten demgegenüber keine bedeutsamen Unterschiede in den Startzeiten zwischen den beiden Techniken aufdecken (Blanksby et al., 2002; Breed & McElroy, 2003; Benjanuvatra et al., 2004; Küchler et al., 2005, Issurin & Verbitsky, 2002), wobei Unterschiede in einzelnen Bewegungsparametern durchaus zu verzeichnen waren. Hierzu wiesen Benjanuvatra et al. (2004) Unterschiede zwischen den Starttechniken für die Absprungphase (z. B. kürzere Blockzeiten für den Schrittstart, höhere horizontale Abfluggeschwindigkeiten für den Parallelstart) nach, die jedoch nach dem Eintauchvorgang wieder aufgehoben waren. Demgegenüber fanden Miller et al. (2003) keine Unterschiede in der Blockzeit. Sie stellten jedoch Unterschiede zwischen beiden Absprungtechniken im Abflug- und im Eintauchwinkel fest. Vorteile des Schrittstarts für das Eintauchverhalten wurden auch von Ayalon et al. (1975), LaRue (1985) sowie Holthe und McLean (2001) berichtet. Letztlich liegen in der Fachliteratur auch Untersuchungen vor (LaRue, 1985; Welcher et al., 1999; Breed & McElroy, 2000), die dem Schrittstart einen Startzeitvorteil gegenüber dem Parallelstart zuweisen, wobei Breed und Elroy auch auf eine höhere Impulserzeugung durch die Armaktionen verweisen. Die Abflugwinkel liegen nach Literaturangaben bei etwa 3 bis 7 Grad, 4 schein- 4 Demgegenüber liegen die bei Arellano et al. (2000) berichteten Abflugwinkel mit rund 3 Grad im negativen Bereich, wobei hier unklar bleibt, bei welcher Absprungtechnik die Messungen durchgeführt wurden. Kibele, Siekmann, Fischer und Ungerechts (2007) berichten (in Anlehnung an Vorgaben in der Leistungsdiagnostik des Deutschen Schwimmverbandes) von Abflugwinkeln im Bereich von rund 30 Grad, wobei die Neigung zwischen der Gerade durch Fußspitze-Hüfte zur Horizontalen herangezogen wurde. Sportwiss : Springer-Verlag 2011 DOI /s Armin Kibele Sebastian Fischer Kristina Biel Biomechanische Grundlagen des Startsprungs im Schwimmen. Übersichtsbeitrag im Zuge der Einführung neuer Startblockmodelle Zusammenfassung Der Startsprung im Schwimmen stellt sowohl für den Individualwettbewerb auf den kurzen Schwimmdistanzen als auch für den Staffelwettbewerb eine wesentliche Voraussetzung für den Wettkampferfolg dar. Mit der Einführung eines längeren und steiler angestellten Startblocks, der über eine zusätzliche Abdruckhilfe für die Füße verfügt sowie eine seitlich angebrachte Halterung von Handgriffen erlaubt, wird die Startleistung zukünftig an Bedeutung gewinnen. Waren bislang gleichermaßen Greifstarts und Schrittstarts in internationalen Wettkämpfen zu beobachten, so spricht vieles dafür, dass sich letztere Starttechnik angesichts der neuen Startblockkonstruktion durchsetzen wird. Mit dem vorliegenden Beitrag werden mit der Einführung des neuen Startblocks die bisherigen Erkenntnisse zum Schwimmstart mit dem herkömmlichen Block zusammengefasst. Nach einleitenden Erläuterungen zur Abschätzung der Startleistung werden Befunde zu den unterschiedlichen Absprungtechniken, zum Eintauchen und zur Kraftentfaltung auf dem Block diskutiert. In der Summe konnten tendenzielle Vorteile für den Schrittstart (mit einer anfänglichen Körpergewichtsbelastung auf dem hinteren Bein) sowie ein flaches Eintauchen ausgemacht werden. Durch den Drehimpuls um die Breitenachse werden dabei günstige Bedingungen geschaffen, die einen steilen Wassereintritt (verbunden mit einem Delphinbeinschlag bei zuvor überstreckter Hüfte) ermöglichen. Letztlich werden in dem Beitrag auch Erkenntnisse zum Staffelstart und der hier zu erwartenden Änderung in der Bewegungstechnik durch den neuen Startblock aufgegriffen. Schlüsselwörter Schwimmstart Staffelstart Biomechanische Analyse Drehimpuls Trainingssteuerung Biomechanical principles of swim start performance. Overview in the wake of the introduction of a new starting block model Abstract Starting block performance in swimming is of crucial importance in the individual competitions for the shorter swimming distances as well as for the relay events. The significance of this swim start performance will increase with the introduction of a new starting block with a longer and slightly steeper surface in conjunction with a push-off support for the feet and laterally adjustable handles. As grab starts and track starts were equally observed in international swimming competitions there are good reasons to assume that only the latter will remain the dominant starting technique. This report aims to summarize existing knowledge on the biomechanics of the swim start performed on a traditional starting block as a new starting block is introduced and new starting techniques are going to be developed. Following some introductory remarks on the assessment of the swim start performance, results will be discussed on the merit of different take-off techniques, on the entry behaviour, and on the force development profiles on the starting block. In conclusion, a tendency in favour of the rear-weighted track start was found in conjunction with a flat entry. In addition, it could be shown that an angular momentum around the transverse body axis combined with a dolphin kick (and a previously hyperextended hip joint) may provide hydrodynamic conditions to enter the water with a rather steep centre of mass trajectory. Finally, existing biomechanical knowledge will be presented on the relay start as well as on a possible change in the starting technique using the new block. Keywords Swimming start Relay start Biomechanical analysis Angular momentum Training control Sportwissenschaft

6 Hauptbeiträge bar unabhängig davon, ob die Steigung der Flugparabel (Holthe & McLean, 2001; Takeda, Ichikawa & Nomura, 2005; Vint et al., 2009) oder der Winkel des Rumpfes zur Horizontalen (Miller et al. 2003) im Moment des Abflugs als Kenngröße herangezogen wird. Während bei Miller und Kollegen signifikant kleinere Abflugwinkel für den Parallelstart vorliegen, konnten Holthe und McLean (2001) die kleineren Abflugwinkel für den Schrittstart feststellen. Die Unterschiede von 1 bis 2 Grad zwischen Parallelstart und Schrittstart fallen in beiden Studien sehr klein aus. 5 Die unterschiedlichen Befunde könnten mit den unterschiedlichen Messmethoden erklärt werden. 6 Insgesamt geht aus den vorliegenden Befunden hervor, dass unabhängig von der Absprungtechnik ein flacher Absprung zu einer guten Startleistung beiträgt. 7 In ihrem Beitrag Start right a biomechanical review of dive start performance verweisen Lyttle und Benjavanutra (2004) in ihrer Diskussion der bisher sehr uneinheitlichen Befundlage auf ein Argument von Hay (1988), demgemäß intraindividuelle Vergleiche der Absprungtechniken bei ein und derselben Stichprobe stets mit der bevorzugten als auch mit der nicht bevorzugten Starttechnik 5 Unklar bleibt, warum Miller et al. beim Abflug von einer völlig gestreckten Körperhaltung ausgehen. So konnten bei Kibele und Fischer (2009b) im Moment des Abflugs für den Schrittstart ein Hüftwinkel von 161 Grad und für den Parallelstart von 148 Grad ermittelt werden. Die Differenzen waren signifikant, wobei der Hüftwinkel beim Abflug anhand der Geraden durch Schulter-Hüfte und Hüfte-Knie festgelegt war. Mit dem beim Abflug gegenüber dem Eintauchen größeren Hüftwinkel könnten die Abweichungen zwischen den Bestimmungsverfahren für den Abflugwinkel weniger markant ausfallen als für den Eintauchwinkel. 6 Ein Hinweis darauf, dass mit der Wahl der beiden Bestimmungsverfahren keine zusätzliche Varianz entsteht, geht aus einer Untersuchung von Takeda et al. (2005) hervor, die zwischen der Rumpfneigung zur Horizontalen und der Steigung in der Flugparabel einen sehr hohen korrelativen Zusammenhang (r=0,97) feststellen konnten. 7 Tatsächlich weist die Lernintervention von Takeda et al. (2005) darauf hin, dass eine experimentelle Verminderung des Absprungwinkels zu einer höheren horizontalen Abfluggeschwindigkeit (durch eine Erhöhung des Drehimpulses) führt. durchgeführt werden (z. B. bei Vilas- Boas et al., 2003; Miller et al., 2003; Welcher et al., 2008). Nach Hay kann bei derartigen Vergleichen nicht ausgeschlossen werden, dass die ermittelten Unterschiede weniger biomechanisch bedingt als vielmehr auf den Übungsgrad sowie den Grad der Vertrautheit und Automatisierung zurückzuführen sind. Dieses Argument wird durch eine Studie von Blanksby et al. (2002) unterstrichen, in der weder vor noch nach einer Trainingsperiode Unterschiede zwischen Parallel- und Schrittstartern in der 10-m-Startzeit ermittelt werden konnten. Beide Trainingsgruppen (die zuvor den Pa rallelstart bevorzugten) zeigten trainingsbedingt signifikante Verbesserungen der Startleistung, wodurch eine Abhängigkeit vom Trainingsumfang und weniger von der eingeübten Absprungtechnik nahegelegt wird. Ein ähnlich gelagertes Problem dürfte mit der bislang kaum diskutierten Frage nach der Ausführungsgüte bei den untersuchten Absprungtechniken zu tun haben. Dabei wird erst seit etwa 10 Jahren der Schrittstart mit der Körpergewichtsverlagerung auf dem vorderen und dem hinteren Bein (z. B. Breed & McElroy, 2003; Vilas-Boas et al., 2003; Welcher et al., 2008) unterschieden. Zuvor waren bereits Schrittstarts mit unterschiedlich langen Schrittweiten (Ayalon et al., 1975; LaRue, 1985; Holthe & McLean, 2001) mit einer Körpergewichtsverlagerung auf dem vorderen Bein bekannt. Somit bleibt in früheren Studien, die sich mit dem Vergleich von Parallel- und Schrittstart beschäftigten, offen, mit welcher Form des Schrittstarts die Untersuchungen durchgeführt wurden. Ein Beleg für eine undifferenzierte Untersuchung des Schrittstarts könnte in den Blockzeiten der Studien von Vilas-Boas et al. (2003), Miller et al. (2003) und Benjavanutra et al. (2004) zu finden sein. Während bei Vilas-Boas et al. signifikante Unterschiede zwischen den Schrittstarts mit einer Körpergewichtsverlagerung auf dem hinteren und auf dem vorderen Bein berichtet werden, waren in den anderen beiden Studien beim Vergleich von Parallelstart und Schrittstart (ohne eine Differenzierung in der Schrittstarttechnik) sowohl ein signifikanter Blockzeitunterschied (Benjavanutra et al., 2004) als auch nahezu identische Blockzeiten Miller et al. (2003) festzustellen. Der Vergleich der Blockzeiten lässt über alle drei Studien hinweg den Schluss zu, dass die Schrittstarts bei Benjavanutra et al. und Miller et al. auf unterschiedliche Art und Weise durchgeführt wurden. 8 Die Untersuchungen von Seifert und Kollegen (Seifert et al., 2010; Vantorre et al., 2010) führen zu der Frage, ob mit den dort berichteten Unterschieden im Flug- und Eintauchverhalten (mit jeweils vier Bewegungs-Clustern) auch bislang noch nicht beachtete Unterschiede im Absprungverhalten bei Parallelund Schrittstarts einhergehen. So konnten Fischer und Kibele (2010) in einer Lernintervention zum flachen und steilen Eintauchen nachweisen, dass sich mit dem Eintauchverhalten auch das Absprungverhalten änderte. Danach wäre von einer bidirektionalen Abhängigkeit von Absprungtechnik und Flug- bzw. Eintauchtechnik auszugehen, die sich bereits zuvor bei der Diskussion von Studien abzeichnete. Diese Studien konnten Zeitverluste durch das Eintauchen für solche Starttechniken ermitteln, die sich zuvor in der Absprungphase durch Zeitvorteile ausgezeichnet hatten (z. B. Vilas-Boas et al., 2003; Biel et al., 2010). Die hier zugrundeliegende Überlegung wird noch durch die Studie von Kirner, Bock und Welch (1989) unterstrichen, wobei in einem 2 2-Untersuchungsdesign Schrittstarts und Parallelstarts mit einem flachen und einem steilen Eintauchen kombiniert wurden. Während zwischen den Absprungtechniken keine Unterschiede in der Startleistung zutage traten, konnten für das flache Eintauchen hochsignifikant kürzere Startzeiten (bis 8 m) ermittelt werden. 8 Blockzeiten für Parallelstart vs. Schrittstart: 0,95 s vs. 0,94 s (Miller et al. 2003), 0,94 s vs. 0,89 s bei Benjavanutra et al. (2004) und bei Vilas-Boas et al. (2003) 0,90 s für Schrittstart mit Körpergewichtsverlagerung vorn sowie 0,94 s für Schrittstart mit Körpergewichtsverlagerung hinten, wobei die Blockzeit für den Parallelstart dazwischen lag. Blockzeiten bei Welcher et al. (2008): 0,87 s für Parallelstart sowie Schrittstart mit Gewicht hinten und 0,80 s für Schrittstart mit Gewicht vorn. 206 Sportwissenschaft

7 Welche Eintauchtechnik? In der Fachliteratur sind Hinweise auf die besondere Bedeutung der Eintauch- und Unterwasserphase für den Schwimmstart schon lange bekannt (z. B. Guimarães & Hay, 1985; Bonnar, 2001; Cossor & Mason, 2001; Vilas-Boas et al., 2003), wobei insbesondere Guimarães und Hay darauf hinweisen, dass allein 95% der Varianz in der Startleistung durch die Gleitphase beeinflusst werde. Manche Autoren vertreten deshalb die Ansicht, dass diesem Startabschnitt gegenüber der Absprungphase für die Startleistung sogar die größere Bedeutung zugewiesen werden muss (Guimarães & Hay, 1985; Sanders & Byatt-Smith, 2001; Sanders & Bonnar, 2004). Im nachfolgenden Abschnitt sollen daher wichtige Erkenntnisse und auch offene Probleme zur Eintauchphase erläutert werden, wobei spezielle Untersuchungen zum Gleiten unter Wasser (z. B. Lyttle, Blanksby, Elliott & Lloyd, 1999; Pereira, Ruschel & Araújo, 2006; Elipotac et al., 2009; Marinho et al., 2009; Elipotac et al., 2010) nur randständig behandelt werden. Mit den oben bereits dargelegten Studien (z. B. McLean et al., 2000; Vilas-Boas et al., 2003; Welcher et al., 2008; Vint et al., 2009; Biel et al., 2010), nach denen signifikante Unterschiede zwischen den Bewegungstechniken in der Absprungphase mit indifferenten Startzeiten einhergehen, liegen auch experimentelle Befunde vor, die auf die besondere Bedeutung der Eintauchphase hinweisen. Daraus folgt, dass die Startleistung sowohl durch Kennwerte des Absprungverhaltens als auch des Eintauch- und Umlenkverhaltens präskriptiv beschrieben werden sollte. So finden sich für die Eintauchphase zumeist nur Angaben zum Eintauchwinkel (z. B. Holthe & McLean, 2001; Vilas- Boas et al., 2003; Miller et al., 2003; Gu, Tsai & Huang, 2003; Kibele & Fischer, 2009b), zum Hüftwinkel 9 (z. B. Kibele et al., 2007; Kibele & Fischer, 2009b) sowie zur Differenz zwischen der Rumpf- 9 Die bei Kibele und Fischer (2009b) berichteten Hüftwinkel im Moment des ersten Wasserkontakts liegen für den Parallelstart bei rund 145 Grad und für den Schrittstart bei rund 166 Grad. Der Unterschied war signifikant. neigung und der Steigung für die Flugkurve im Moment des Wasserkontakts ( angle of attack bei Gu et al., 2003), wobei die Ansichten darüber uneinheitlich ausfallen, ob eher ein steiles oder ein flaches Eintauchen der Startleistung zugute kommt. Untersuchungen, die einem flachen Eintauchen Vorteile zuschreiben (z. B. Counsilman et al., 1988; Kirner et al., 1989), stehen auch Studien gegenüber, die bei einem steilen Eintauchen Vorteile ermitteln konnten (z. B. Mills & Gehlsen, 1996) oder keiner der beiden Eintauchvarianten einen Vorzug einräumen (z. B. Hobbie, 1980; Holthe & McLean, 2001; Gu et al., 2003; Fischer & Kibele, 2009). Dabei fällt ein abschließendes Resümee der Studien schon allein aufgrund unterschiedlicher methodischer Bestimmungsverfahren zum Eintauchwinkel schwer. So bestimmt Hay (1993, S. 385 f) den Eintauchwinkel über die Verbindungslinie Kopf-Nacken-Rumpf zur Horizontalen im Moment des ersten Wasserkontakts und gibt einen Wertebereich von 31 bis 37 Grad an. Demgegenüber bestimmten Miller et al. (2003) den Eintauchwinkel im selben Moment über die Verbindungslinie Schulter-Hüfte zur Horizontalen und geben für den Parallelstart 39,5 Grad und für den Schrittstart 41,5 Grad an. Bei Kibele und Mitarbeitern (Kibele et al., 2007; Kibele & Fischer, 2009b) ist der Eintauchwinkel durch die Neigung der Verbindungslinie zwischen Fingerspitze-Hüfte zur Horizontalen festgelegt, wobei Messwerte um 41 Grad (Kibele et al., 2007 für Nachwuchsschwimmer) und 38 Grad (Kibele & Fischer, 2009b für Leistungsschwimmer) beim Parallelstart sowie davon signifikant abweichend 35 Grad (Kibele & Fischer, 2009b für Leistungsschwimmer) beim Schrittstart 10 konstatiert wurden. Letztlich wird als Eintauchwinkel auch die Steigung der KSP-Flugparabel (KSP, Körperschwerpunkt) angesetzt, wobei zwischen den Zeitpunkten der ersten Wasserberührung (Gu et al., 2003) und dem Wassereintritt des KSP (Holthe & McLean, 2001) unterschieden werden muss. Zusammenfassend zeigt sich in diesen Befunden ein sehr uneinheitliches Bild 10 Eintauchwinkel um die 35 Grad für den Schrittstart werden ebenfalls von Vilas-Boas et al. (2003) berichtet. zum Eintauchwinkel sowohl was den Vergleich von steilem vs. flachem Eintauchen anbelangt als auch für den Vergleich von Parallel- und Schrittstart (s). Eindeutige Hinweise auf eine optimale Eintauchtechnik können aus den vorliegenden Untersuchungen nicht abgeleitet werden. Angesichts unterschiedlicher Bestimmungsverfahren könnten hier auch methodische Gründe sowie stichprobenspezifische Einflüsse entscheidend gewesen sein. Über den Eintauchwinkel sowie den Hüftwinkel beim Eintauchen hinaus sind keine weiteren Kennwerte bekannt, die den Eintauchvorgang abbilden. Auch hierfür dürften methodische Gründe ausschlaggebend sein, wobei das zugrundeliegende Problem ganz andere Ursachen hat. So waren bis vor kurzem wegen der Blasenbildung und den mitgerissenen Luftpartikeln allein wegen der optisch eingeschränkten Sichtverhältnisse kinematische Analysen der KSP-Bahn während des Eintauchvorgangs nicht bekannt. Mit einem neuen Bestimmungsmodell von Fischer (Fischer & Kibele, 2010) steht seit kurzer Zeit jedoch auch für die Eintauchphase ein kinematisches Analyseinstrument zur Verfügung. Bei diesem Bestimmungsverfahren (AB- KuS, Algorithmus zur Bestimmung von Körpersegmentkoordinaten bei unscharfen Sichtbedingungen) werden die Segmente wegen der eingeschränkten Sichtverhältnisse nicht wie sonst üblich über deren End- bzw. Gelenkpunkte erfasst, sondern durch eine Regressionstechnik der einfacher zu bestimmenden Mittellinien. Für die Erfassung der Mittelinien werden drei repräsentative Punkte auf der vermuteten Mittelachse digitalisiert 11 (. Abb. 1). Ein gemeinsamer Gelenkpunkt benachbarter Segmente ergibt sich durch den Schnittpunkt der Mittellinien dieser Segmente. Mit Berücksichtigung der Besonderheiten für die Körperendsegmente Hand, Kopf und Fuß sowie für das Rumpfsegment sind damit sämtliche Segmentkoordinaten ableitbar. Dabei ist der Segmentpunkt Fingerspitze 11 Eine Erhöhung der für die Regression verwendeten Bezugspunkte auf 4 und mehr Stützstellen bringt nach Fischer und Kibele (2010) keinen bedeutsamen Genauigkeitsgewinn. Sportwissenschaft

8 Hauptbeiträge Abb. 1 8 Schematische Darstellung zum Bestimmungsverfahren der Körpersegmentkoordinaten in der Eintauchphase. Über die Digitalisierung von drei Punkten auf der gedachten Segmentlängenachse werden durch eine lineare Regression die Segmentmittellinien bestimmt. Die Schnittpunkte benachbarter Segmentmittellinien führen dann zu den gesuchten Koordinaten der Segmentendpunkte frontale Wasserwiderstandsfläche (m) horizontale Geschwindigkeit des KSP (m/s) Zeit (s) Zeit (s) Abb. 2 8 Kurvenverläufe zum Zusammenhang eines Schätzwertes für die frontale Wasserwiderstandsfläche (vertikale Distanz zwischen dem höchsten und dem tiefsten Körperpunkt unter Wasser) und der Zeit in s (oben) sowie der Horizontalgeschwindigkeit des KSP in m/s und der Zeit in s (rechts) vom Zeitpunkt der ersten Wasserberührung bis zur horizontalen Ausrichtung des Rumpfes. Die Abbildungen zeigen die Verläufe eines Schwimmers mit einem eher steilen Eintauchen (schwarz) und einem eher flachen Eintauchen (grau) (als Endpunkt des Handsegments) über den gesamten Verlauf der Eintauchphase ausreichend gut erkennbar. Der Rumpfschwerpunkt wird mittels einer Spline-Regression über vier entlang der gekrümmt angenommenen Rumpfmittellinie angesetzte Punkte errechnet. Für die Abschätzung der Kopfkoordinaten wird zunächst der Abstand zwischen Schulterpunkt und Kopfmittelpunkt (Mitte Ohr) vor dem Schwimmstart an Land ausgemessen. Die Kopfkoordinaten für die Eintauch- und Übergangsphase ergeben sich dann aus der um den Abstand verlängerten Segmentlinie durch den Kopfmittelpunkt (ausgehend von den Schulterkoordinaten). Für die Berechnung der Fersenkoordinaten gehen die Abstände zwischen den Segmentpunkten Fußspitze-Fußferse (Schuhgröße) sowie die Unterschenkellänge ein. Beide Maße werden jeweils vor dem Schwimmstart an Land gemessen und anschließend in das Auswerteverfahren einbezogen, wobei die Fußspitze in der Eintauch- und Übergangsphase optisch gut zu erkennen ist. Über das Regressionsverfahren wird dann die Ausrichtung der Fußsohle bestimmt. Mit den Kniekoordinaten als Ausgangspunkt werden unter Berücksichtigung der Unterschenkellänge die Koordinaten des Fußknöchels errechnet. Mit der gut sichtbaren Fußspitze können dann noch über die ermittelte Fußsohlenlinie, unter Berücksichtigung des vorab erhobenen Abstands zwischen Fußspitze-Ferse, die Fersenkoordinaten errechnet werden. Nach Fischer und Kibele (2010) liefert das Verfahren zufriedenstellende Ergebnisse. Die maximalen Abweichungen für die Körperschwerpunktbahnen lagen in einer vergleichenden Analyse zwischen einer optisch verzerrten Videodarstellung (mit dem neuen Verfahren) und dessen Original über 40 Bilder hinweg bei einer Aufnahmefrequenz von 50 Hz im Mittel bei rund 2,9 cm. Mit dem neuen Analyseverfahren können nunmehr auch Bahnverläufe der Körpersegmentpunkte sowie des KSP in der Eintauchphase untersucht werden, wenn die Sicht durch Luftverwirbelungen eingeschränkt ist. Insbesondere können mit dem Verfahren Geschwindigkeitsverläufe ermittelt und Frontalflächen als Maße des Wasserwiderstands (durch den vertikalen Abstand zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Körpersegmentendpunkt) abgeschätzt werden. So zeigt. Abb. 2 den Zusammenhang zwischen diesem Schätzwert für die frontale Wasserwiderstandsfläche und der Zeit (links) und zwischen der Horizontalgeschwindigkeit und der Zeit (rechts) vom Zeitpunkt der ersten Wasserberührung bis zur horizontalen Ausrichtung des Rumpfes (Kibele & Fischer, 2011). Während die grauen Kurven einen Schwimmer mit einem eher flachen Eintauchen charakterisieren, betreffen die schwarzen Kurven einen Schwimmer mit eher steilem Eintauchen. Die Kurvenverläufe auf der linken Seite zeigen einen bemerkenswerten Effekt. Während das steile Eintauchen gegenüber dem flachen zu einer deutlich größeren frontalen Angriffsfläche für den Wasserwiderstand führt, ist für das flache Eintauchen dennoch ein größerer Verlust in der Horizontalgeschwindigkeit zu verzeichnen. Dieser Effekt ist darin begründet, dass steil eintauchende Schwimmer mit dem Eintauchvorgang einen Delphinbeinschlag ausführen können, der den ansonsten höheren Geschwindigkeitsverlust kompensiert. So konnten Kibele und Fischer (2009b) in einer Querschnittsstudie mit deutschen Spitzenschwimmern (Parallelstarter und Schrittstarter) statistisch signifikante Zusammenhänge zwischen der Startleistung und der mittleren horizontalen Geschwindigkeit in der Eintauch- und Umlenkphase, der Zeitdifferenz vom ersten Wasserkontakt bis zur ersten horizontalen Ausrichtung des Rumpfsegmentes, der horizontalen Abfluggeschwindigkeit, dem Drehimpuls und dem Geschwindigkeitsverlust in der Eintauch- und Umlenkphase ermitteln. 208 Sportwissenschaft

9 In einer separaten Analyse der Parallelstarter konnte neben den eben diskutierten Einflussfaktoren auch für das horizontale Kraftmaximum und den Eintauchwinkel des KSP zum Zeitpunkt des Wassereintritts eine signifikante Korrelation mit der Startleistung festgestellt werden. Insgesamt zeigte sich, dass sich die besseren Starter (einer leistungshomogenen Stichprobe aus dem Spitzenbereich) aufgrund des Eintauchverhaltens und weniger aufgrund des Absprungverhaltens von den schwächeren Startern unterscheiden. Tatsächlich lagen für die Überwasserphase (bestehend aus Block- und Flugphase) weder in der Blockzeit noch in der horizontalen Abfluggeschwindigkeit des KSP Unterschiede zwischen den Gruppen vor. Für die Eintauchphase minimierten die besseren Starter den Geschwindigkeitsverlust durch einen Delphin-Beinkick, der sich in einem größeren Kniewinkel in der Eintauchphase feststellen ließ. Weiterhin zeigten die besseren Starter eine größere vertikale Angriffsfläche im Übergang in die horizontale Schwimmlage, die mit einer längeren Zeitspanne vom ersten Wasserkontakt bis zur ersten horizontalen Ausrichtung des Rumpfsegmentes einherging. Der Hüftwinkel war bei den besseren Startern zum Zeitpunkt des Eintauchens des KSP aufgelöst bis tendenziell leicht überstreckt. Damit belegt das neue Verfahren, dass ein steiles Eintauchen Vorteile gegenüber einem flachen erbringt, wenn durch eine Überstreckung in der Hüfte sowie einen großen Kniewinkel ein Delphinkick ausgeführt wird, der den horizontalen Geschwindigkeitsverlust kompensiert. Ein steiles Eintauchen ist daher zusammen mit einer beim Wassereintritt ausgeführten Beinschlagbewegung trotz einer größeren frontalen Wasserwiderstandfläche mit einem geringeren Geschwindigkeitsverlust in der Horizontalen verbunden. Waren nach der obigen Diskussion zum Eintauchwinkel, insbesondere durch die sehr anschauliche Studie von Kirner et al. (1989), tendenzielle Vorteile für ein flaches Eintauchen zu konstatieren, so zeigen die Untersuchungen von Kibele und Fischer (Kibele & Fischer, 2009b; Fischer & Kibele, 2010) auf, dass auch durch eine steilere KSP-Kurve beim Wassereintritt sowie einen hier ausgeführten Delphinbeinschlag Zeitvorteile gezogen werden können. Die nun folgenden Überlegungen zum Drehimpuls um die Breitenachse sollen zeigen, dass diese beiden Befundlagen nicht unbedingt im Widerspruch zueinander stehen müssen. Drehimpuls Unter dem Drehimpuls wird eine auf Körperrotationen bezogene Erhaltungsgröße in der Physik verstanden, die sich rechnerisch durch das Produkt von Massenträgheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit ausdrücken lässt. Drehimpulse treten im Sport in den unterschiedlichsten Situationen auf (z. B. Hay, 1993:153 f; Hay & Reid, 1999:206 f). Von besonderer Bedeutung ist dabei die Erhaltung des Drehimpulses, wenn in der Flugphase keine äußeren Kräfte auf einen sich drehenden Körper ausgeübt werden. Durch Änderungen im Massenträgheitsmoment (z. B. wenn Körperteile von der Drehachse weg- oder zu dieser hinbewegt werden) lässt sich dabei die Drehgeschwindigkeit so anpassen, dass (z. B. bei Landungen) gewünschte Orientierungen des Körpers im Raum angesteuert werden. So wird der Drehimpuls z. B. für die Flugphase im Skisprung im Zusammenhang mit der Rotation des Skispringers um seine Breitenachse, eine aerodynamisch günstige Flughaltung und die dabei wirkenden Luftwiderstandskräfte diskutiert (z. B. Schwameder, 2009, S. 72f). Mit einem geeigneten Drehimpuls schafft es der Springer, während des Fluges eine Körperhaltung einzunehmen, die ihm die aerodynamisch günstigsten Bedingungen für die Nutzung des dynamischen Auftriebs gewährleisten. Für den Schwimmsport werden (nach Kenntnis der Autoren) erstmals bei McLean et al. (2000) Daten für den Staffelstart vorgelegt. Dabei wird die besondere Bedeutung des Drehimpulses für den Schwimmstart jedoch erst durch die Studien von Kibele und Mitarbeitern (Kibele, 2006; Kibele et al., 2007; Kibele & Fischer, 2009b) deutlich. Die hier gegenüber von McLean et al. berichteten höheren Drehimpulse sind vermutlich durch die höheren Körpermassen bei deutschen Leistungsschwimmern begründet. 12 Bedeutsam sind die Befunde der Arbeitsgruppe um Kibele insofern, als in allen Studien durchgehend hohe korrelative Zusammenhänge zwischen dem Drehimpuls und der Startleistung festgestellt wurden 13, wobei offenbleibt, ob und wo individuell optimale Grenzwerte vorliegen. Obschon aussagekräftige empirische Analysen zur Funktion des Drehimpulses beim Schwimmstart noch ausstehen, lassen sich doch im Gedankenexperiment zwei mögliche Erklärungen identifizieren. Einerseits könnte mit einem vorwärts gerichteten Drehimpuls, dessen erforderliche Höhe hier nicht näher angegeben werden kann, auch bei einer flachen Flugkurve eine steilere KSP-Bahn beim Wassereintritt einhergehen. Mit dem Wassereintritt würden die oberen Extremitäten, der Kopf und in zunehmendem Maße auch der Rumpf durch den frontalen Wasserwiderstand gegenüber dem unteren Teil des Körpers in der Horizontalenbewegung stärker abgebremst. Als Konsequenz würde sich die Steigung der KSP-Bahn in der anfänglichen Phase des Wassereintritts gegenüber der Flugparabel vor dem Wassereintritt erhöhen. Sofern diese Vermutung zutrifft, ließen sich die Vorteile einer flachen Flugkurve mit einer (gegenüber einer hohen Flugkurve) höheren Horizontalgeschwindigkeit sowie einer größeren Flugweite mit den Vorteilen eines steilen Eintauchens mit einem Delphin- 12 Messmethodisch lassen sich Drehimpulse sowohl mit Hilfe von kinematischen Daten (in der Flugphase) und der hier vorliegenden Drehimpulse der einzelnen Segmente (Hay, 1993, S. 153) als auch mittels der am Körperschwerpunkt angreifenden horizontalen und vertikalen Drehmomente (Ramey, 1973) berechnen. Beide Verfahren liefern weitgehend übereinstimmende Ergebnisse (Kibele et al., 2007). 13 So berichten Kibele et al. (2007) über eine Varianzaufklärung in der Startleistung (Zeit bis 7,5 m) von 85% durch die Bewegungsmerkmale Blockzeit, Maximum in der Horizontalkraft und Drehimpuls. Dabei betrugen die spezifischen Varianzanteile (über Semipartialkorrelationen abgeschätzt) für die Blockzeit 18%, für das Maximum der Horizontalkraft von 11% und für den Drehimpuls 1%. Die bivariate Korrelation zwischen Drehimpuls und der Startleistung fiel hochsignifikant aus und lag bei r=0,71. Sportwissenschaft

10 Hauptbeiträge Abb. 3 8 Unterwasseraufnahmen eines Schwimmers beim Wassereintritt (links zu Beginn und rechts kurz vor dem vollständigen Eintauchen des Körpers). Die Abbildung rechts zeigt deutlich, dass oberhalb der Beine ein Wasservolumen verdrängt wurde und für einen kurzen Zeitraum ein Loch entsteht, bevor das verdrängte Wasser wieder in die entstandene Lücke zurückdrückt der Körpermasse nach hinten auch günstigere Bedingungen für die Impulserzeugung durch die Arme herbeigeführt werden (Guimarães & Hay, 1985; Krüger et al., 2003; Lyttle & Benjavanutra, 2004). Mit diesen Fragen nach den Bedingungen für die Kraftentfaltung rücken nunmehr auch Untersuchungsbefunde ins Blickfeld, die über kinetische Kennwerte zum Schwimmstart berichten. Absprungkräfte beinschlag verbinden. Die sonst diskutierten Nachteile einer flachen Flugkurve (z. B. bei Gu et al. 2003; Maglischo, 2003), eine größere Wasserverdrängung (. Abb. 3) und den damit verbundenen Verlust an Bewegungsenergie betreffend, wären damit vermindert. Durch das steilere Eintauchen würden demgegenüber zwar geringere Wasservolumina verdrängt, wegen der höheren frontalen Wasserwiderstandsfläche sind hier jedoch auch größere Verluste in der Horizontalgeschwindigkeit während des Eintauchens zu verzeichnen, die allerdings nach den Befunden von Kibele und Fischer (2009b) durch einen Delphinbeinschlag kompensiert werden. Eine zweite Argumentationslinie zur Funktion des Drehimpulses betrifft den dynamischen Wasserauftrieb, der sich auf die oberen Körperteile in der Wassereintrittsphase zuerst und auf die unteren Körperteile zuletzt auswirkt. Dieser Überlegung nach müsste durch den auf die Körperteile zeitlich versetzt wirkenden Auftrieb ein rückwärts gerichteter Drehimpuls ausgehen, der in einer Analogie bei einem schräg ins Wasser eintauchenden Brett eine Drehung nach oben bewirkt. Demgemäß würde die KSP-Bahn ohne einen ausreichend hohen Drehimpuls beim Wassereintritt nach oben abgelenkt, wodurch eine größere Wasserverdrängung sowie eine zusätzliche Wellenwiderstandskomponente (Lyttle & Benjavanutra, 2004) resultieren könnten. Letztlich wird durch die Studie von Takeda et al. (2004) deutlich, dass die Erhöhung des Drehimpulses beim Absprung mit einer Erhöhung der horizontalen Abfluggeschwindigkeit einhergehen kann. In der Summe lässt sich aus diesen und den obigen Überlegungen zur Absprungtechnik sowie zum Eintauchen ableiten, dass eine flache Flugkurve mit einem steileren Wassereintritt (der unmittelbar mit einem Delphinbeinschlag verbunden ist) zusammen mit einem Schrittstart mit der Verlagerung des Körpergewichts auf dem hinteren Bein (Vilas-Boas et al., 2003; Welcher et al., 2008) die besten Bedingungen für einen schnellen Schwimmstart bieten. 14 Mit der tieferen KSP-Lage, die zu Beginn der Absprungphase für den Schrittstart mit Körpergewichtsverlagerung auf dem hinteren Bein (Slingshot-Start) beobachtet wird (Vilas-Boas et al. 2003) liegen im letzteren Fall auch günstige Bedingungen für die Kraftentfaltung vor. Einerseits wird dabei durch die geringere KSP-Höhe der Beschleunigungsweg verlängert (Vilas-Boas et al., 2003), wenn zudem für den Schrittstart auch größere KSP-Höhen im Abflugzeitpunkt vorliegen (Blanksby et al., 2002; Holthe & McLean, 2001). Zum anderen verringert sich damit auch das Massenträgheitsmoment um die äußere Achse (vordere Kante des Startblocks) in der Absprungphase. Tatsächlich beobachteten Takeda et al. (2005), dass durch eine Verringerung in der KSP-Höhe (beim Parallelstart) sowie durch eine Erhöhung des Drehimpulses in der Absprungphase eine Erhöhung in der horizontalen Abfluggeschwindigkeit einher ging. Es kommt hinzu, dass mit einer Verlagerung 14 So werden für den Schrittstart mit hinterer Gewichtsverlagerung sowohl bei Vilas- Boas et al. (2003) mit 4,05 m/s als auch bei Welcher et al. (2008) mit 3,99 m/s die höchsten horizontalen Abfluggeschwindigkeiten beobachtet, die sich signifikant von den Werten für die anderen Absprungtechniken unterscheiden. Zur Analyse des Kraftverhaltens in der Blockphase liegen in der Fachliteratur diverse Studien vor (z. B. Guimarães & Hay, 1985; Nützel & Thoma, 1986; Juergens, Rose, Smith & Calder, 1999; Arellano et al. 2000; Vilas-Boas et al., 2003; Krüger et al., 2003; Benjanuvatra et al., 2004; Caldwell, Robertson & Whittlesey, 2004; Kibele, 2004; Kibele, 2006; Vint et al., 2009), in denen zumeist kommerzielle Messdruckplatten auf stationären Startblöcken, aber auch Eigenentwicklungen sowie portable Messblöcke verwendet wurden. Mit diesen Messsystemen wurden die Verläufe der horizontalen und vertikalen Bodenreaktionskräfte sowie der zugehörigen Linearimpulse ermittelt. Während die maximalen Vertikalkräfte (pro kg Körpermasse) sowohl für den Parallelstart als auch für den Schrittstart mit etwa 14 N/kg in etwa demselben Bereich liegen, werden für die maximalen Horizontalkräfte Werte beim Parallelstart von etwa 13 N/kg und für den Schrittstart Werte um 10 N/kg festgestellt (z. B. Kibele & Fischer, 2009b). Mit den oben referierten kleinen Abflugwinkeln wird deutlich, dass die Charakteristik der Kraftentfaltung auch als ein Timingproblem aufgefasst werden kann, wobei der Richtung des Kraftstoßes in der Horizontalen eine wichtige Bedeutung zukommt. Insofern wäre für eine gute Startleistung nicht nur die Höhe der absoluten Absprungkraft, sondern auch die Dosierung in der Kraftentfaltung hin zu einem hohen horizontalen Kraftstoß bedeutsam (Guimarães & Hay, 1985). Tatsächlich hat sich für die Trainingssteuerung ein Feedback im horizontalen Kraftmaximum sehr gut bewährt (z. B. Kibele & Fischer, 2009a; Kibele & Fischer, 2010). Andere Untersuchungen zeigen, dass eine Steigerung der Beinstreckkraft allei- 210 Sportwissenschaft