Biomechanische Grundlagen

• zum Verständnis der Bewegungsstrukturen (Aktionen und Funktionen) sind Kenntnisse über biomechanische Grundlagen notwendig

Kenntnisse diene dazu…

• Bewegungen besser und präziser beschreiben zu können

• Fehler erkennen und korrigieren zu können

• methodische Entscheidungen zu treffen

• Personen- und Geräte- und Geländehilfen, visuelle Hilfen etc. sinnvoll einsetzen zu können

Biomechanik beschäftigt sich mit der Funktion eines biologischen System - dem meschlichen Körper - unter den Bedingugnen der Mechanik

=> Haltungen + Bewegungen des menschlichen Körpers in Ruhe oder Bewegung mithilfe dieser Mechanik zu breschreiben, erklären, messen

• Mechanik: Bewegung = Ortsveränderung eines Punktes/Körpers über die Zeit

• Kinematik: Bewegung = räumlich-zeitliche Ausprägung ohne Berücksichtigung der Bewegugnsursache

• Dynamik: Bewegungs = Bewegungsverursachenden Mechanismen

Die Sportbiomechanik widmet sich den Ursachen und Erscheinungsform sportlicher Bewegungen

• Anatomie

• Physiologie

• Ingeneurswissenschaften

Kinematik ist die Lehre von den Bewegugnen der Körper.

Die Beschreibung des Bewegungszustandes

erfolgt bei der

• Tranlastion mit den Größen

  Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung

• Rotaton mit den Größen

  Winkel, Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung

Körperschwerpunkt (KSP) -> bei translatorischen Bewegung

• Der KSP ist ein gedachter Massenmittelpunkt, der je nach Lage der Köprerteile innerhalb oder außerhalb des Körpers liegt (bei Mehrkörpersystemen)

• Angabe in Form von Ortskoordianten (x, y, z)

• KSP ist Angriffspunnkt der Schwekraft

• Schwerkraft ist lotrecht nach unten gedreht

bild!!!

Dynamik ist die Lehre von Kräften und Drehmomenten

Sie untersucht deren Wirkung als Ursache für Veränderen des Bewegungszustandes von Körpern bei Translationen und Rotationen

• Kraft = die Ursache einer Änderung des Bewegungszustandes eines Körpers (Gleichgewichtsänderung) oder dessen Verformung

• die auf einen Körper einwirkenden Kräften lassen sich in innere und äußere Kräften differenzieren:

Äußere Kräfte

• Schwerkraft (G= m*g)

• Reibungskräfte (Halt-, Gleit-, und rollende Reibung)

• Widerstandskräfte der Gerätr starre oder federnde Geräte)

• Zentripetalkräfte bei Rotationsbewegungen

Innere Kräfte

• Zugkraft der Muskeln (Muskelkraft)

• Widerstandskräfte der biologischen Strukturen (z.B. Gewebe)

• Innere Reibungskräfte

-> Mit Hilfe der innneren Kräfte kann der Mensch sich selbst oder andere Körper gegen äußere Kräfte bewegen

F = 0 <-> v = konstant

d.h. der Bewegungszustand eines Körpers bleibt konstand (Beharrungsvermögen)

Stabiles Gleichgewicht: Der KSP ist senkrecht unter der Drehachse

-> Gleichgewichtssituation stellt sich bei kleinen Abweichungen von alleine wieder ein

Labiles Gleichgewicht: Der KSP ist senkecht über der Drehachse

-> kleinste Abweichungen führen zu größeren Abweichungen und zum Gleichgewichtsverlust

=> wichtig für den Zustand der Ruhe!

=> Wenn auf den Körper eine Kraft wirkt dann änder sich ein Bewegungszustand

=> Kräfte können Körper beschleunigen oder aber auch abbremsen

=> Die Kraftentwicklung durch Angriffspunkt, Richtung und Größe die Bewegungsart:

Zentrische Kraftwirkung

Ein Kraftstoß führt einen vorab ruhenden Körper genau dann in eine Translation über, wenn die Wirkungslinine der Kraft direkt durch den KSP geht

-> Kraftimpuls = Masse x Geschwindigkeit

(I = m * v)

• Kraftstoß kennzeichnet die Wirkung einer kraft auf den Körper über einen gewissen Zeitraum

• Kraftimpuls = Größe die den Bewegungszustand eines Körpers unter Einbeziehung seiner Masse charakterisiert

Ein Kraftstoß führt einen vorab ruhenden (oder translatorisch sich bewegenden) Körper in eine Rotation (und ggf. auch Translation), wenn die Wirkung der Kraft am KSP vorbeigeht.

• Je weiter der Kraftstoß vom KSP entfernt ist, desto größer ist der Drehimpuls !

• Drehimpuls ist abhängig vom Trägheitsmoment + Winkelgeschwindikeit + kennzeichnet die Wucht,die ein Körper bei ener Rotationsbewegung hat

• Drehimpuls = Trägheitsmoment x Winkelgeschwindikeit (L = J * w)

=> Die Kräft, die ich durch Beugen und Strecken der Knie Richtung Boden erzeugen, erzeugt eine Gegenkraft, die den Absprung nach oben ermöglicht -> actio = reactio

• Impulserhaltungssatz

• Drehimpulserhaltungssatz

• Impulsübertragung (als besondere Form der Impulserhaltung)

• Energieerhaltungssatz

• Prinzip der Pendelverkürzung

• Spanungsenergie

Impulserhaltungssatz

In einem abgeschlossenen System, in dem nur innere Kräfte wirken, bleibt der Gesamtimpuls (=Summe aller Teilimpulse) unverändert (erhalten)

-> zwei Massen (ohne äußerere Kräfte) treten miteinander in Wechselwirkung -> Gegenwirkungsgesetz

Drehimpulserhaltungssatz

Wirken auf einen Körper keine äußeren Drehmimente, so bleibt sein Drehimpuls konstant

• in Flugphasen kann durch Teilmassenverscheibung die Winkelgeschwindigkeit des Körpers oder der Körperteile aktiv verändert werden

• Drehgeschgwindigkeiten können erhöht oder verringert werden

Beispiel Salto rw:

1. Annäherung der Extremitäten an die DA

2. abnehmendes Massenträgheitsmoment

3. zunehmende Winkelgeschwindigkeit

4. schnellere Drehgeschwindigkeit als ein Salto rw mit gestreckten Beinen

=> Drehgeschwindigkeit kann in der Luft durch die Gliedmaßen beeinflusst werden, aber nicht die Bahn des Körperschwerpunktes (wird bereits durch den Absprung festgelegt)

=> als besondere Form der Impulserhaltung

Segmentale Bewegungsübertragung von einem Körpersegment auf ein benachbartes Körpersegment möglich

-> Veränderung der Geschwindigkeit eines Körpersegments durch aktiven Muskeleinsatz führt zur Veränderung eines benachbarten Segmments in Abhängigkeit der Massenverhältnisse

Beispiel Kippe am Parallelbarren:

1. Kipplage

2. Beinrotation -> Körpersegment Beine + Hüftgelenk wird nach vorne aufwärts beschleunigt

3. Körpersegment Beine + Hüftgelenk wird in einem Winkel von ca. 140° abgebremst

4. Rotation / Drehimpuls überträgt sich auf den Oberkörper -> der gesamte Körper rotiert

5. Druck der Arme auf die Holm nach unten

6. Schulter + Körper wird während der Rotation nach oben verlagert -> Stütz

=> durch das Blockieren eines Gelenks kann der Impuls von einem Segment auf ein anderes übertragen werden !

Wird aus der Kipplage das Körpersegment Beine durch Beinrotation und das Hüftgelenk nach vorne aufwärts beschleuningt und dann in einem Winkel von ca. 140° abgebremst, so überträgt sich die Rotation also der Drehimpuls auf den Oberkörper und der gesamte Körper rotiert.

Durch den Druck der Arme auf die Holme nach unten wird die Schulter und der Körper während dieser Rotation nach oben verlagert und gelangt dann in den Stütz

-> durch das Blockieren eines Gelenks kann der Impuls von einem Segment auf ein anderes übertragen werden

Die Gesamenenergie eines abgeschlossenen Systems als Summe der Energie (E) von Teilsystemen ist konstant

• Die Energie kann jedoch verschiedene Formen annehmen: kinetische Energie (Bewegungsenergie) und potentielle Energie (Lageenergie)

• die verschiedenen Formen können ineinader umgewandelt werden

  -> bei den Umandlungsprozessen geht weder Energie verloren noch ensteht welche

Beispiel Rückschwung am Sutfenbarren/Reck:

1. Rückschwung erzeugt hohe Ausgangslage -> die hierfür aufgewendete Energie wird als potentielle Enrgie gespeichert

2. potentielle Energie wird bei der Landung als kinestetische Energie wieder freigesetzt

Beispiel Pendel:

-> typsiches Modell für die Umwandlung von pot. Energie in kin. Energie

• ständige Umwandlung

• Umkehrpunkt (ganz oben) = potentielle Energie am größten

• pot. Energie wir beim Abschwung in kin. Energie umgewandelt

• kin. Energie wird für den Vorschwung nach vorne oben genutzt

=> ohne Schwerkraft, Reibungskräfte Luftwiderstand (Energie wird an Umgebung abgegeben) würde ein in Bewegung befindliches Pendel immer unverändert hin- und herschwingen

Energieerhaltungssatz gilt nicht für das Schwingen am Reck:

-> dem System muss neue Energie hinzugefügt werden

• Pendel schwingt abwärts und beschleunigt so lange bis es senkrecht unter der DA ist

• Verringerung der Drehgeschwindigkeit durch die Schwerkraft, Reibung etc. (äußere Kräfte)

-> Annäherung des KPS an DA, um Drehgeschwindigkeit (+ Rotationsenergie) zu erhöhen -> Schwingen kann aufrechterhalten oder sogar verstärkt werden!

Drückt man eine Feder um die Strecke zusammen, so entsteht Spannungsenergie

-> Ausnutzung federnden Eigenschaft, um Kräfte (z.B Sprungkraft) zu erhöhen