Flashcards
Sportbiomechanik
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- 1Ziele von Sportbiomechanik- Komplexität der menschlichen Bewegungstätigkeit erkennen
- grundlegende biomechanische Gesetzmäßigkeiten erkennen
- biomechanische Untersuchungsverfahren anwenden - 2Definition Sportbiomechanik- Wissenschaftsdisziplin, welche Ortsveränderung des menschlichen/tierischen Körpers, sowie von Wettkampfgeräten unter Verwendung von Begriffen, Methoden und Gesetzmäßigkeiten der Mechanik beschreibt und erklärt unter Einbeziehung von bio- und ingenieurwissenschaftlichen Untersuchungsmethoden
- 3Ziele die sich aus Definition ableiten- Gemeinsamkeiten verschiedener Bewegungen herausarbeiten
- übergreifende, verallgemeinbare Kriterien für einzelne Reibungsklassen darstellen - 4Anwendungsgebiete Biomechanik- Sport (Schule, Wettkampf, Leistungs-/ Fitnesssport)
- Rehabilitation (medizinische Trainingstherapie)
- Ergonomie (Arbeitsmedizin)
- Orthopädie - 5Aufgaben Biomechanik- Analyse und Optimierung von Bewegungen
- Verletzungsprophylaxe
- Erfassung von Leistungsvoraussetzungen
- Entwicklung von Messverfahren - 6Voraussetzungen Biomechanik- physikalische Grundlagen (Mechanik, Kinematik, Dynamik)
- biologische -,,- (Muskelphysiologie, Erregbarkeitsleistung)
- mathematische -,,- (Vektoren, Integral)
- Literatur - 7Messverfahren- kinematische Messverfahren (Länge, Geschwindigkeit, Beschleunigung)
- dynamometrische Messverfahren (Kraftmessung)
- elektrophysiologische Messverfahren (Potentialänderung an Nerven, Muskelfasern)
- anthropometrische Messverfahren (Bestimmung von Teilkörpermassen und -längen) - 8Basisgrößen SI-Einheitensystem- Masse, Länge, Zeit
- 9abgeleitete Größen- Kraft, Arbeit, Leistung
- 10Kraft- gibt an wie stark 2 oder mehr wechselseitig Körper aufeinander wirken (Wechselwirkungsgesetz)
- ist eine Wechselwirkungsgröße und eine gerichtete (vektorielle) Größe
-Wirkung einer Kraft ist abhängig von ihrem Betrag, Richtung und Angriffspunkt - 11Kraft- Kräfte können Bewegungsänderungen oder Formveränderung (plastisch und elastisch) von Körpern hervorrufen
- F = m*a
- Fg = m*g
-Fs = D*s
- Einheit = 1N - 12äußere Kräfte- Gewichtskraft
- Widerstände (Reibung - Haftreibung, Gleitreibung, Rollreibung)
- hydrostatische Kraft (Auftrieb) --> Entlastung von Gewichtskräften (gut für Reha)
- hydrodynamische Kraft (Strömungswiderstände) --> Wind auf dem Fahrrad - 13innere Kräfte= Motorkräfte
- Muskelzugkräfte - 14Impuls- um einen Körper in Bewegung zu versetzen muss eine Kraft über eine bestimmte Zeit auf diesen einwirken
- vektorielle Größe
- p = m*v
- p = f*t (Kraftstoß)
- Einheit: 1kg * m/s = N*s - 15Arbeit- mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper durch eine Kraft bewegt oder verformt wird
- Formelzeichen = W
- W = F*s
- Einheit: 1Nm = 1J - 16Leistung- gibt an wie viel mechanische Arbeit pro Sekunde/in welcher Zeit verrichtet wird
- Formelzeichen: P
- P = W/t
- Einheit: 1 Watt (1W)
- Was an Kraft gewonnen wird, geht an Weg verloren
- Kraft*Kraftweg = Last*Lastweg - 17Frequenz- beschreibt Anzahl voller Schwingungen pro Zeiteinheit
- f = 1/t
- f = N/t --> N = Anzahl, t = Zeit - 18Drehmoment- unter Moment versteht man Produkt aus Kraftvektor und seinem senkrechten Abstand (Hebelarm) zu einem Bezugspunkt --> je größer Abstand, umso größer Drehmoment
- entsteht, wenn Kraft auf freibeweglichen Körper wirkt und ihre Wirkungslinie senkrechten Abstand zu Schwerpunkt besitzt
- Md = P*r
- Md = f*r (r=Radius) - 19Massenträgheitsmoment- gibt an, wie träge ein drehbar gelagerter Körper gegenüber der Änderung seines Bewegungszustandes ist
- Formelzeichen = J
- abhängig von Körperhaltung und Lage der Rotationsachse
- abhängig von Masse und einzelnen Masseteilchen eines Körpers - 20Drehimpuls- Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit
- 21Drehimpulsgesetz- In einem abgeschlossenen System bleibt der Gesamtimpuls konstant, wenn kein äußeres Drehmoment wirkt
- 22Kinematik- räumlich-zeitliche Charakterisierung von Bewegungen
- translatorisch (Weg, Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung, gleichförmige und ungleichförmige Bewegungen (gleichmäßig beschleunigt; verzögert)
- rotatorisch (Drehbewegungen) --> Winkel, Zeit, Winkelbeschleunigung, Winkelgeschwindigkeit - 23Dynamik- Untersuchung von Kräften, die der Bewegung zugrunde liegen
- Statik = unterschiedliche Kräfte im Gleichgewicht --> keine Bewegung (Abgang Turnen)
-Kinetik = unterschiedliche Kräfte nicht im Gleichgewicht --> Bewegung entsteht - 24Dynamik- translatorische Bewegungen:
- Masse, Impuls, Arbeit, Energie
- Rotation:
- Drehmoment, Drehimpuls, Massenträgheitsmoment - 25Superpositionsgesetz- 2 Kräfte die in gleicher oder entgegengesetzter Richtung wirken, werden addiert bzw. subtrahiert
- Kräfte, die am gleichen Massepunkt angreifen, setzen sich zur Diagonalen des von ihnen gebildeten Parallelogramms zusammen - 26KSP Bestimmung analytische MethodeVorteile:
- bei jeder Bewegung möglich
- Rückwirkungsfrei (keine Belästigung des Sportlers)
- geringer Aufwand für Sportler
Nachteile:
- nicht alle Gelenke gut sichtbar
- nur Näherungswerte
- Auswertung sehr aufwendig - 27KSP Bestimmung experimentelle MethodeVorteile:
- sehr exakt
- sehr geringer Rechenaufwand
Nachteile:
- nur in einer Ebene exakt
- größerer Aufwand
- nicht in Bewegung möglich, nur statisch
- größerer Aufwand für Sportler - 28Passiver BA- mechanisch tragende Komponenten eines mechanisch nicht eigenstabilen Systems (Knochen, Gelenke, Bänder, Sehnen)
- statische und dynamische Anteile - 29Eigenschaften biologischer Materialien- Rheologische Eigenschaften
- mechanische -,,-
- Analogien Biologie und Technik - 30rheologische Eigenschaften- Verformungs- und Fließeigenschaften
- - 31Elastizität- hypothetisches Verhalten eines ideal elastischen Elements (Feder)
- vollständige Erholung nach Deformation --> elastisches Verhalten (zurück in Ausgangszustand, kein Schaden)
- plötzliche Krafteinwirkung führt zu sofortiger Reaktion
- lineare Beziehung Kraft und Deformation
- je größer Kraft umso größer Verformung - 32Elastizität- Verweis HOOKSCHES Gesetz und Hefter
- 33Plastizität- vgl. mit Knetmasse
- Element widersteht linear zunehmender Krafteinwirkung bis zu bestimmten Punkt --> kritischer Punkt --> nicht reversibel
-Deformation besteht dauerhaft
- im Sport --> Zerstörungen (Brüche), strukturelle Veränderungen - 34Viskosität- v.a. in Flüssigkeiten
- Deformation nicht nur kraft- sondern auch zeitabhängig (Geschwindigkeit der Krafteinwirkung zu beachten!)
- kein ideal elastisches Verhalten (Kraft = Längenänderung), sondern Kraft wirkt ein und führt sukzessiv zu Längenänderung
- bestimmte Kraft-Zeit-Nachwirkung - 35Stärke (Festigkeit)- definiert Punkt des Materialversagens
- Sport = Knochenbruch - 36mechanische BelastungsartenDruckbelastung
=Stauchung
- einwirkend z.B. auf der Wirbelsäule von oben, gleichmäßig auf Wirbelkörper verteilt
Zugbelastung
- entgegengesetzt zu erstem - 37mechanische BelastungsartenScherung
- Kräfte die nicht auf einer Wirkungslinie sind
- gegeneinander
- z.B. Weitsprung
Biegung
- Verformung der Knochen
Torsion
- Dreh-/ Rotationskräfte die entgegengesetzt gerichtet sind
führt ab bestimmter Größe der Kräfte zu Problemen - 38Knochenhebel (Muskelarm)einseitig:
- siehe Hebelgesetz (Kraftarm*Kraft = Lastarm*Last)
- alle Akteure greifen von einer Seite an zum Drehpunkt
- Arbeiten in die gleiche Richtung
- Muskelarm --> Bizeps mit geringerem Kraftarm als Bizeps brachialis (größerer Abstand zum Drehpunkt) - 39Knochenhebel (Muskelarm)zweiseitig
- Kräfte wirken beidseitig des Drehpunktes
- Kopf auf erstem Wirbel gelagert - 40Knochenhebel (Muskelarm)Sesambein
- Kraftumlenkung
-ein in die Sehne gewachsener Knochen, der für zusätzlichen Abstand zum Knochen sorgt --> Vergrößerung Lastarm
- z.B. Patella vor Kniegelenk (aus mechanischer Sicht Aufgabe der Verbindung des Quadrizeps mit Unterschenkel) - 41KnochenhebelSehnenscheiden:
- sollen Reibung reduzieren
- an Stellen wo Sehnen über Gelenke laufen - 42Gelenke- Verbindung von 2 oder mehr Knochen
- Verbindungselemente, Freiheitsgrade (1-3 rotatorische: Tiefe, Breite, Beschleunigung) --> Rotationsbewegung der Gelenke um Achse
- besitzen bestimmte Drehbewegungsamplituden - 43echte Gelenke- Gelenkspalt
- Knorpel
- Kapsle
- Bewegungsamplituden deutlich größer - 44unechte Gelenke- knorpelige und bindegewebige Verbindungen
- Brustbein
- Schädel
- knöcherne Verbindungen (Kreuzbein)
- dienen der Stabilität, eher nicht der Bewegung - 45Gelenkarteneinachsig:
- Scharniergelenk (Oberarm, Ellen, Fingergelenk)
- Zapfen-, Rad-, Drehgelenk (unteres Kopfgelenk: Atlas-Schädel) - 46Gelenkartenzweiachsig:
- Ei-, Ellipsoidgelenk (oberes Handgelenk
- Sattelgelenk (Daumengelenk)
- ebenes Gelenk (Zwischenwirbelgelenk) - 47Gelenkartendreiachsig:
- Kugel-/Nussgelenk (Schulter, Hüfte) - 48Bestimmung der Gelenkwinkel- Neutral-Null Methode
- mathemaische Methode
siehe für beides Hefter - 49Kinematische Ketten- System von mindestens 3 starren Körpern, die durch Gelenke verbunden sind
- über Gelenke verbundenes bewegliches System aus einzelnen Gliedern
- wichtige Rolle bei Bewegungsstimulation - 50geschlossene kinematische Ketten- feste Verbindung zwischen allen Elementen der Kette
- unterschiedliche Freiheitsgrade
- Kettenglieder untereinander endlos verbunden
-Endglieder können nicht frei bewegt werden (z.B. Kniebeuge, Beinpresse, Kreuzheben, Klimmzüge) - 51offene kinematische Ketten- z.B. Heben der Beine
- von proximal nach distal zu öffnen (von innen nach außen)
- bei einer offenen kinematischen Kette sind höhere Kraftwerte am Endglied zu messen als bei einer geschlossenen Kette an einem ausgewählten Kettenglied
- Endglieder frei beweglich (Bizeps Curls, Bankdrücken) - 52muskuläre Gelenksperren- = muskuläre Einschränkungen
- Knie gelenk nicht nach links oder rechts ohne Zerstörung
- - 53Methoden Körperschwerpunktbestimmung- analytische nach Knoll und Eggers oder Dickwach
-experimentelle nach Basler - 54analytischnach Knoll&Eggers:
- - 55aktiver Bewegungsapparatals neues Thema
- 56mechanische Eigenschaften des neuromuskulären Systems - Strukturelemente- Exterorezeptoren (z.B. Taktil)
-Propriozeptoren (Muskeln, Sehnen)
- afferente Nervenfasern
- motorische Vorderhornzellen
- Synapsen inklusive motorischer Endplatten - 57Eigenschaften Skelettmodell- Elastizität (Energiespeichervermögen)
- nervale Steuerung (auf nervale Befehle zusammenziehen/kontrahieren)
- alles oder nichts Gesetz der Muskelfasern
- Grundspannung (Muskeltonus) stets vorhanden - 58Kontraktionsformen des Muskels- isometrisch
- isotonisch
- auxotonisch - 59isometrisch- größte isometrische Kraft kann kontrahierter Muskel aus Ruhelage erreichen
- Muskellänge bleibt gleich, Spannung ändert sich - 60isotonisch- Spannung bleibt gleich, Muskellänge ändert sich
- - 61auxotonischMuskelspannung und -länge ändern sich
- 62Arbeitsweisen des Muskels- isometrisch
-konzentrisch
-exzentrisch - 63isometrische Arbeitsweise- Widerstände halten (statisch)
- intramuskuläre Spannung ändert sich, Muskellänge dagegen nicht - 64konzentrische Arbeitsweise- Überwinden von Widerständen (positiv dynamisch)
- Ursprung und Ansatz des Muskels nähern sich an (Verkürzung Muskel)
- Spannung (intramuskulär) und Länge des Muskels ändern sich - 65exzentrische Arbeitsweise- Ursprung und Ansatz entfernen sich (Spannungsänderung und Verlängerung/Dehnung des Muskels)
- Widerstand nachgeben (negativ dynamisch)
- Muskel versucht Bewegung abzubremsen (z.B. Herablassen vom Klimmzug) - 66Bewegungsklassen- starres Widerlager
- elastisches Widerlager
- gleitendes Widerlager
- Strömungen
- ohne Widerlager - 67starres Widerlager- zyklisch und hoher Bremsimpuls (z.B. Laufen)
- azyklisch und hoher Bremsimpuls (z.B. Weitsprung)
- azyklisch und niedriger Bremsimpuls (z.B. Schanzenabsprung) - 68elastisches Widerlager- azyklisch und hoher Bremsimpuls (z.B. Pferdsprung)
- azyklisch und niedriger Bremsimpuls (z.B. Rückwärtssprünge vom Brett) - 69gleitendes Widerlager- zyklisch und niedriger Bremsimpuls (z.B. Skatingbewegung)
- 70Strömungen- zyklisch und niedriger Bremsimpuls (z.B. Schwimmen)
- azyklisch und niedriger Bremsimpuls (z.B. Skiflug) - 71ohne Widerlager- azyklisch ohne Bremsimpuls (z.B. Drehbewegungen im Flug)
- 72Biomechanische Prinzipien- Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges
- Prinzip der Anfangskraft
- Prinzip der optimalen Tendenz im Beschleunigungsverlauf
- Prinzip der Gegenwirkung
- Prinzip der Impulserhaltung
- Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen
- - 73Geometriemodell- Relation zwischen Gelenkwinkel und Muskellänge
- abhängig von Gelenkbewegung und Hebel - 74Widerlager- zur Generierung von Kräften um Bewegung zu schaffen
- 75Muskelfasertypen- FT und ST-Fasern
- 76Energieübertragung im neuromuskulären System1. Knochen
2. Gelenke
3. Muskeln - 77Knochen- über 200 (Röhrenknochen, kurze K., platte K.)
- innere einzelne Teile des passiven BA
- durch Fasern und Gelenke verbunden
- statische (Skelett überträgt ruhende Kräfte) und dynamische (auf Knochen als Bewegungsarme wirken Beschleunigungskräfte ein) Fkt.
- mechanische Belastungsarten siehe oben) - 78Knochen- bestehen aus organischen (für Elastizität) und anorganischen (für Festigkeit) Bestandteilen
- im Alter nehmen organische Bestandteile ab, anorganische zu --> mehr Kalkeinlagerungen --> fester und brüchiger
- hochbelastete Knochen mit mehr Kalkeinlagerungen (z.B. Oberschenkelknochen) - 79Knochen- Aufbau entspricht mechanischer Funktion --> lange Extremitätenknochen müssen biege- und torsionsfest sein + geringe Masse
--> biege- und torsionsfest, da bei dynamischen Belastungen hohe Kraftmomente auf Knochen einwirken
--> geringe Masse, damit bei Beschleunigungsbewegungen kein zu großes Trägheitsmoment - 80Muskeln (mechanische Grundeigenschaften)- elastischer Körper
- bestehen aus Fasern, welche kontrahierbare Einheiten darstellen
- entweder hintereinander (in Serie) oder parallel (nebeneinander) geschaltet
- Serienschaltung = lange Faserung, Parallelschaltung = kurze Faserung
- Faserung von Muskel abhängig von Funktion
- - 81Muskeln (mechanische Grundeigenschaften)- Muskeln der oberen Extremitäten weniger kräftig als die der unteren E.
- obere E. enzwickeln bei großer Dehnung nur geringe Kräfte
- untere E. entwickeln bei kleinem Dehnungsweg große Kräfte - 82Muskel (biologische Grundeigenschaften)- aktive Verkürzung auf Reiz
- Muskel kann bei Kontraktion bis auf 1/3 der Ruhelänge verkürzen --> leistet mechanische Arbeit
- bei Reizvorgang folgen Muskelfasern dem Alles-oder-Nichts-Prinzip
--> Reizenergie muss bestimmten Energiebetrag haben um Erregung am Muskel auszulösen - 83Aufbau Muskel- Dreikomponentensystem:
--> kontraktile Elemente (Aktin, Myosin), parallel-elastische Elemente (Bindegewebe, Sarkoplasmatisches Reticulum), serien-elastisches Element (Sehnen, Hälse des Myosinköpfchens) - 84Muskelfasertypen- weiße Muskelfasern (FT-Fasern), rote MF (ST-Fasern), Intermediärtyp (FTO --> sind oxidativ und arbeiten glykolytisch)
- 85Bindegewebe- verbindende, schützende und stützende Fkt.
- in zelluläre und extrazelluläre Bestandteile unterschieden (Matrix)
- zelluläre Bestandteile nach Gewebstypen differenziert (Kollagenfasern, Knorpelgewebe, Knochengewebe) - 86Bindegewebe- Matrix bildet Grundstruktur und gibt Gewebe das Volumen
- Bestandteile der Matrix = kollagene Fasern, elastische Fasern, Grundsubstanz, nicht kollagene Proteine, Wasser - 87Energieübertragung im Bewegungssystem- Knochen
- Knochenhebel
- Kraftumwandlung (Sesambein, Sehnenscheiden)
- Gelenke
- Kinematische Ketten - 88- Newtonsche Axiome1. Axiom- Trägheitsgesetz:
- Jeder Körper verhält sich in einem Zustand der Ruhe oder gleichförmig geradlinigen Bewegung, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern. - 89Newtonsche Axiome2. Axiom-Beschleunigungsgesetz:
- Die Änderung der Bewegung ist der Einwirkung der bewegenden Kraft proportional und geschieht nach der Richtung derjenigen geraden Linie, nach der jene Kraft wirkt. - 90Newtonsche Axiome3. Axiom-Gegenwirkungsgesetz:
- Zu einer Wirkung besteht immer eine gleich große Gegenwirkung.
- Die Krafteinwirkung zweier Körper aufeinander ist stets gleich groß aber in unterschiedlicher Richtung.
--> Kräfte treten immer paarweise mit gleichen Kräften auf, aber in entgegengesetzte Richtung - 91Bewegungsklassen- in Anlehnung an Hochmuth
- Unterscheidung nach Handlungsziel:
--> Minimierung der Zeit
--> Maximierung der Endgeschwindigkeit
- Arbeiten mit Widerlagern und der Kompensation von Drehimpulsen
- siehe Internet - 92Widerlager- siehe 3. Newtonsches Axiom (actio=reactio)
- z.B. Boden beim Gehen = festes Widerlager
- "der schlechte" Widerstand und das ,,gute" Widerlager - 93Widerlager- Speicherung elastischer Energie (Bremsimpuls) = elastisches Widerlager
- Strömung (kein festes Widerlager, muss Kraft generieren um Widerlager zu bilden)
- Abdruck vom gleitenden Widerlager
- strömende Luft - 94Widerlager- dienen dem Generieren von Kräften, damit diese dann z.B. eine Bewegung erzeugen