Dynamometrie

• Kinematik

• Dynamik: Statik & Kinetik

• beschreibt Zusammenspiel von Kräften und Bewegungen

• Bewegungsgrößen (Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung) ändern sich aufgrund von Kräften

• Wirkung von Kräften und Drehmomenten als Ursache der Beschleunigung bzw. Winkelbeschleunigung von Körpern

• betrachtet reale Körper, welche neben Ort und Geschwindigkeit auch Masse, Impuls, und Energie besitzen

• Messung von Reaktionskräften (Interaktionen zwischen Mensch und Umwelt (Medium, Boden, Gerät...))

• Messung von Spannungen oder Dehnungen an Strukturen des Bewegungsapparates

• Messung von resultierenden Gelenkkräften

• Jeder Körper besitzt eine Masse m

• Diese verleiht ihm Grundeigenschaften wie Gewicht und Trägheit

• Einheit: kg, g, t

• mechanische „Schub“ oder „Zug“

• Einfluss, der die Bewegung eines Objekts verändern kann

• kann bewirken, dass ein Körper mit Masse seine Geschwindigkeit ändert, d.h. beschleunigt

• F = m x a

• Einheit: N

• beschreibt die zwischen zwei Punktladungen wirkende Kraft (Elektrostatik) -> Wechselwirkung zwischen Körpern

• Diese Kraft bewirkt, dass sich gleiche Ladungen abstoßen und ungleiche Ladungen anziehen

• F (R )= F(N) *y -> Normalkraft * Reibungskoeffizient

• Jeder Körper verharrt in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, solange keine Kraft auf ihn wirkt

• Ändert ein Körper seine Geschwindigkeit (Beschleunigung oder Verzögerung), ist dafür stets eine Kraft die Ursache

• Grundgesetz der Dynamik

• Greift an einem Körper eine Kraft an —> beschleunigte Bewegung, wobei die Beschleunigung a der angreifenden Kraft F proportional ist

• Masse widersetzt sich der Änderung seines Bewegungszustandes und ist ein Maß für die Trägheit des Körpers —> verkörpert den Proportionalitätsfaktor

• F = m x a (N = kg x m/s*2)

• Die von zwei Körpern aufeinander ausgeübten Kräfte (Wirkung und Gegenwirkung) sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet.

• Beispiele: Schuss, Anschubsen…

• P=W/t

• W= P* Δs * η

• η Wirkungsgrad = Pnutz/Pzu in % (20-30% bei Muskulatur)

• P= Leistung

• Δs= Streckenänderung

• beschreibt die Energiemenge, die einem Körper durch eine Kraft F zugeführt wird, während er sich bewegt.

• Wirkt eine Kraft F auf einen Körper und verschiebt ihn dabei um einen Weg Δs, so hat die Kraft mechanische Arbeit ΔW verrichtet.

• W = F x s

• Einheit: J

• Fähigkeit eines Körpers Arbeit zu verrichten: Energie = Arbeitsvermögen

• Durch Zufuhr oder Abgabe mechanischer Arbeit wird die Energie E erhöht oder erniedrigt

• E = E nachher - E vorher = W

• Einheit: J

= Hubarbeit bzw. Lageenergie

• entspricht der potentiellen Energie im Gravitationsfeld

• Epot = m x g x h

• Einheit: J

= Bewegungsenergie

• die Arbeit die benötigt wird, um einen Körper von der Geschwindigkeit v1 auf eine Geschwindigkeit v2 zu beschleunigen

• W = 1/2 m (v2 − v2 )

• Einheit: J

• In einem abgeschlossenen mechanischen System bleibt die Summe der mechanischen Energie (potentielle und kinetische) konstant

• Praxis: treten immer Reibungsverluste auf, weshalb ein Teil der mechanischen Energie in Wärmeenergie verwandelt wird

• Wärmeenergie kann nicht in mechanische Energie zurückgewandelt werden

• Brennwert eines Lebensmittels gibt an wie viel Energie der Körper durch Verstoffwechselung daraus gewinnen kann

• Angabe in:

  kJ pro 100 g bzw. kJ pro 100 ml

  oder

  kcal pro 100 g pro 100 g

• Umrechnung:

  1 kcal = 4.1868 J

  1 J = 0.239 kcal

• Leistung ist das Maß dafür, in welcher Zeitspanne eine Arbeit verrichtet wird

• P = W/t

• Einheit: kW oder PS

• Mensch: 100 W über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten

• gut trainierter Mensch: kurzzeitig bis 1000 W

• Grundlage jeder Kraftmessung: 3. Newton'sche Axiom

• basieren auf dem Prinzip der Deformation

• Wichtig: Proportionalität zwischen Kraft und Durchbiegung des Messfühlers

• Grundsätzlich können unterschieden werden:

  • Dehnungsmessstreifen (DMS)

  • Piezo-elektrisch / piezo-resistiv

  • Kapazitativ

• Prinzip der Umwandlung von mechanischer Bewegung in ein elektrisches Signal

• Anwendungsgebiete

  • im Turnsport als Reckdynamometer

  • Skidynamometer zur Messung der zwischen Schuh und Ski auftretenden Reaktionskräfte- und -momente

• Messung von Kräften bei Interaktionen zwischen dem Mensch und Umwelt (Medium,Boden,Gerät...)

• d.h. Messung von Reaktionskräften

• aus mechanischer Deformation wird elektrische Spannung erzeugt

• die Oberfläche bestimmter Kristalle lädt sich elektrisch auf, wenn der Kristall mechanisch belastet wird

• elektrische Ladung ist exakt proportional zur wirkenden Kraft, die in pico-Coulomb (pC) gemessen wird

• Effekt kann nur in nicht leitenden Materialien auftreten

= Kraftstoß

• Produkt aus Masse und Geschwindigkeit = Impuls p

• p = m x v

• Ausnutzung zum Erreichen einer max. Geschwindigkeit

• Summe vor und nach dem Stoß gleich der Summe der Impulse vor dem Stoß:

• Ivor = I nach p1 + p2

• Produkt aus Trägheitsmoment J und der Winkelgeschwindigkeit

• L = J x w

• Der Drehimpuls L eines Systems bleibt konstant, wenn die Summe der äußeren Drehmomente M Null ist

• Drehgeschwindigkeit und die Drehebene bei freien Flugbewegungen kann gesteuert werden

• Flugzeit ist vorgegeben, aber die Anzahl der Drehungen ist abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit

• Horizontale Reaktionskräfte = Fx: während der Stützphasen beim Sprint bzw. beim Laufen

• Vertikale Reaktionskräfte = Fz: Hock-Strecksprung

• Schwerpunkt des Körpers verlagern

• Größere Auflagefläche

• Erhöhen der Gewichtskraft des Körpers

• Strecksprung in die Vertikale

• tiefere Hockposition (etwa 90° Knie- und Hüftwinkel)

• ausschließlich konzentrische Arbeit

• Ausführungsgeschwindigkeit rel. langsam - Kontaktzeit über 200 ms

• Im Fokus:

  • dynamisch realisierbare Kraftmaximum - Maximalkraft

  • hauptsächlich zur Bestimmung des Maximalkraftniveaus

• stellt den Betrag einer normal stehenden Kraft F je Flächeninhalt A dar

• P = F / A

• Einheit: Pa

• Diagnostikverfahren zur Fußdruckmessung

• Druckverteilungsmessung

• Analyse und der Kontrolle zur orthopädischen Versorgung

• F = P x A

• Messung der lokalen Druckverteilung z.B. unter der Fußsohle

• Druckverteilungsmessung im Golfschuh mittels Messsohle oder am Griff des Golfschlägers

• Plattformmessung: Barfußmessung zur Beurteilung der Fußfunktion

• Bodenkraft: plantare Druckverteilung

• Messprinzip der Widerstandsänderung eines elektrischen Leiters

• Belastungsrichtungen einzeichnen: <— —>

Nachteil Im-Schuh Messung: Könnte eine Beeinflussung durch den Schuh geben

Nachteil Plattformmessung: Nur statische Bewegungen möglich nicht dynamisch

Vorteil: dynamische Messung, intra- und interindividueller Vergleich von Patienten möglich