Biomechanische Prinzipen
Ziele
Biomechanische Prinzipien verstehen und anwenden können
Erklärung aller Prinzipien
Übung aller Prinzipien
Vorwissen
Optimale Bewegungsabläufe müssen physikalische und mechanische Prinzipien berücksichtigen. Bei sportlichen Bewegungen gelten mechanische Gesetze unter Berücksichtigung biologischer Besonderheiten des menschlichen Körpers.
Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges
Eine konstante Kraft gibt einer Masse eine umso höhere Endgeschwindigkeit, je länger die Kraft auf die Masse einwirkt. Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges kommt bei solchen sportlichen Bewegungen zum Tragen, die hohe Endgeschwindigkeiten erfordern. Länge und Richtung des Beschleunigungsverlaufs müssen optimal gestaltet werden. Optimal bedeutet nicht unbedingt maximale Länge des Beschleunigungsweges. Der geometrische Verlauf des Beschleunigungsweges sollte geradlinig oder stetig gekrümmt, nicht aber wellenförmig sein. Dementsprechend kann durch mehrfache Drehbewegungen der Beschleunigungsweg und damit die Endgeschwindigkeit erhöht werden.
Das Prinzip der maximalen Anfangskraft
Dieses Prinzip besagt, dass eine Bewegung, mit der eine hohe Endgeschwindigkeit erreicht werden soll, durch eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung einzuleiten ist. Durch das Abbremsen der Gegenbewegung entsteht eine Anfangskraft, durch die der Kraftstoß (Impuls) vergrößert wird. Grundlage für die Erklärung des Prinzips ist die oben bereits aufgeführte Beziehung zwischen der Krafteinwirkung während der Zeit (Dynamik) und der Ortsänderung eines Körpers während der gleichen Zeit (Kinematik).
Wiemann formuliert das Prinzip der maximalen Anfangskraft:
"Soll bei einer sportmotorischen Fertigkeit der Körper des Sportlers oder ein Sportgerät eine möglichst hohe Endgeschwindigkeit bekommen, muss durch einen eine Ausholbewegung abbremsenden Bremskraftstoß, der zu dem Beschleunigungskraftstoß in einem optimalen Größenverhältnis steht und fließend in ihn ¸übergeht, die Anfangskraft des Beschleunigungskraftstoßes maximal gestaltet werden."
Koordination von Teilimpulsen
Was ist ein Impuls ?
Der Impuls beschreibt den Bewegungszustand (fortschreitende Bewegung) eines Körpers (Masse) nach Richtung und Geschwindigkeit).
p = m * v
Impuls (p) = Masse (m) * Geschwindigkeit(v)
Jeder Sportler, der sich bewegt (auch jedes sich bewegende Sportgerät) besitzt eine Masse und eine Geschwindigkeit, also einen Impuls. Entsprechend haben auch Teilbewegungen (z.B. Sprungbein, Arme etc) (Teil-)Impulse. Dadurch wird der Impuls des Gesamtsystems erzeugt bzw. geändert.
Die Biomechanik erfasst mit dem Koordinationsbegriff die räumliche, zeitliche und kräftemäßige Ordnung menschlicher Bewegungsvollzüge. Jeder Sportler, der sich bewegt (auch jedes sich bewegende Sportgerät) besitzt eine Masse und eine Geschwindigkeit, also einen Impuls.
Entsprechend haben auch Teilbewegungen (z.B. Sprungbein, Arme etc.) (Teil-) Impulse. Dadurch wird der Impuls des Gesamtsystems erzeugt bzw. geändert. Im Sport werden Bewegungen immer von mehreren Muskeln oder Muskelgruppen bewirkt. Damit eine effektive Bewegung (hohe Endgeschwindigkeit des Körpers, eines Körperteils oder eines Sportgerätes) erreicht wird, müssen die Teilaktionen der verschiedenen Muskeln 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.
Ein weiteres Beispiel (hohe Geschwindigkeit eines Körperteils):
Beim Kugelstoflen wird die Kugel (nacheinander) durch die Streckbewegung der Beine, durch Aufrichten des Rumpfes und die Schwungbewegung des Armes/der Hand in Bewegung gesetzt.
Die räumliche Komponente
Neben der zeitlichen spielt auch die räumliche Komponente, also die Richtung der Impulse, eine wichtige Rolle. Die Gesamtgeschwindigkeit ist dann besonders hoch, wenn die Teilimpulse in die gleiche Richtung weisen. Probleme (aufgrund des Körperbaus und der Bewegungsstruktur) Aufgrund des Baus der menschlichen Gelenke (Rotationsbewegungen) ist die räumliche Gleichgerichtetheit oft nur bedingt möglich. Bestimmte Bewegungen bzw. Körperteile erzeugen auch entgegengesetzte Reaktionskräfte.
Gegenwirkung
Das Reaktionsgesetz (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.
Drehrückstoß
Drehrückstoße benötigen wir besonders bei Bewegungen, bei denen das Gleichgewicht wiederhergestellt werden soll. Die Arme können z.B. durch das Schwingen nach hinten bzw. in Gegenrichtung einen Sturz vermeiden helfen (was meist reflektorisch geschieht).
Impulserhaltungssatz
In einem System ruhender der bewegter Körper, das gegen die Einwirkung äußerer Kräfte abgeschlossen ist, bleibt bei beliebiger Wechselwirkung der Kräfte untereinander die Summe aller Bewegungsgrößen unverändert.
Durch Annäherung der Extremitäten an eine Drehachse können Drehbewegungen ohne Veränderung des Krafteinsatzes beschleunigt werden. Dies lässt sich mit dem Prinzip der Impulserhaltung erklären:
Vergrößerung der Winkelgeschwindigkeit durch Verkleinerung des Trägheitsmoments (infolge der Annäherung der Masseteile an die Drehachse).
Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges
Eine konstante Kraft gibt einer Masse eine umso höhere Endgeschwindigkeit, je länger die Kraft auf die Masse einwirkt. Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges kommt bei solchen sportlichen Bewegungen zum Tragen, die hohe Endgeschwindigkeiten erfordern. Länge und Richtung des Beschleunigungsverlaufs müssen optimal gestaltet werden. Optimal bedeutet nicht unbedingt maximale Länge des Beschleunigungsweges. Der geometrische Verlauf des Beschleunigungsweges sollte geradlinig oder stetig gekrümmt, nicht aber wellenförmig sein. Dementsprechend kann durch mehrfache Drehbewegungen der Beschleunigungsweg und damit die Endgeschwindigkeit erhöht werden.
Das Prinzip der maximalen Anfangskraft
Dieses Prinzip besagt, dass eine Bewegung, mit der eine hohe Endgeschwindigkeit erreicht werden soll, durch eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung einzuleiten ist. Durch das Abbremsen der Gegenbewegung entsteht eine Anfangskraft, durch die der Kraftstoß (Impuls) vergrößert wird. Grundlage für die Erklärung des Prinzips ist die oben bereits aufgeführte Beziehung zwischen der Krafteinwirkung während der Zeit (Dynamik) und der Ortsänderung eines Körpers während der gleichen Zeit (Kinematik).
Wiemann formuliert das Prinzip der maximalen Anfangskraft:
"Soll bei einer sportmotorischen Fertigkeit der Körper des Sportlers oder ein Sportgerät eine möglichst hohe Endgeschwindigkeit bekommen, muss durch einen eine Ausholbewegung abbremsenden Bremskraftstoß, der zu dem Beschleunigungskraftstoß in einem optimalen Größenverhältnis steht und fließend in ihn ¸übergeht, die Anfangskraft des Beschleunigungskraftstoßes maximal gestaltet werden."
Koordination von Teilimpulsen
Was ist ein Impuls ?
Der Impuls beschreibt den Bewegungszustand (fortschreitende Bewegung) eines Körpers (Masse) nach Richtung und Geschwindigkeit).
p = m * v
Impuls (p) = Masse (m) * Geschwindigkeit(v)
Jeder Sportler, der sich bewegt (auch jedes sich bewegende Sportgerät) besitzt eine Masse und eine Geschwindigkeit, also einen Impuls. Entsprechend haben auch Teilbewegungen (z.B. Sprungbein, Arme etc) (Teil-)Impulse. Dadurch wird der Impuls des Gesamtsystems erzeugt bzw. geändert.
Die Biomechanik erfasst mit dem Koordinationsbegriff die räumliche, zeitliche und kräftemäßige Ordnung menschlicher Bewegungsvollzüge. Jeder Sportler, der sich bewegt (auch jedes sich bewegende Sportgerät) besitzt eine Masse und eine Geschwindigkeit, also einen Impuls.
Entsprechend haben auch Teilbewegungen (z.B. Sprungbein, Arme etc.) (Teil-) Impulse. Dadurch wird der Impuls des Gesamtsystems erzeugt bzw. geändert. Im Sport werden Bewegungen immer von mehreren Muskeln oder Muskelgruppen bewirkt. Damit eine effektive Bewegung (hohe Endgeschwindigkeit des Körpers, eines Körperteils oder eines Sportgerätes) erreicht wird, müssen die Teilaktionen der verschiedenen Muskeln 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.
Ein weiteres Beispiel (hohe Geschwindigkeit eines Körperteils):
Beim Kugelstoflen wird die Kugel (nacheinander) durch die Streckbewegung der Beine, durch Aufrichten des Rumpfes und die Schwungbewegung des Armes/der Hand in Bewegung gesetzt.
Die räumliche Komponente
Neben der zeitlichen spielt auch die räumliche Komponente, also die Richtung der Impulse, eine wichtige Rolle. Die Gesamtgeschwindigkeit ist dann besonders hoch, wenn die Teilimpulse in die gleiche Richtung weisen. Probleme (aufgrund des Körperbaus und der Bewegungsstruktur) Aufgrund des Baus der menschlichen Gelenke (Rotationsbewegungen) ist die räumliche Gleichgerichtetheit oft nur bedingt möglich. Bestimmte Bewegungen bzw. Körperteile erzeugen auch entgegengesetzte Reaktionskräfte.
Gegenwirkung
Das Reaktionsgesetz (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.
Drehrückstoß
Drehrückstoße benötigen wir besonders bei Bewegungen, bei denen das Gleichgewicht wiederhergestellt werden soll. Die Arme können z.B. durch das Schwingen nach hinten bzw. in Gegenrichtung einen Sturz vermeiden helfen (was meist reflektorisch geschieht).
Impulserhaltungssatz
In einem System ruhender der bewegter Körper, das gegen die Einwirkung äußerer Kräfte abgeschlossen ist, bleibt bei beliebiger Wechselwirkung der Kräfte untereinander die Summe aller Bewegungsgrößen unverändert.
Durch Annäherung der Extremitäten an eine Drehachse können Drehbewegungen ohne Veränderung des Krafteinsatzes beschleunigt werden. Dies lässt sich mit dem Prinzip der Impulserhaltung erklären:
Vergrößerung der Winkelgeschwindigkeit durch Verkleinerung des Trägheitsmoments (infolge der Annäherung der Masseteile an die Drehachse).