Die biomechanischen Prinzipien

Einleitung

Im Allgemeinen versteht man unter dem Begriff biomechanische Prinzipien die Ausnutzung der mechanischen Gesetzmäßigkeiten für sportliche Leistungsoptimierung.

Anzumerken ist, dass die biomechanischen Prinzipien nicht zur Technikentwicklung, sondern nur zur Technikverbesserung.

HOCHMUTH entwickelte sechs biomechnische Prinzipien zur Ausnutzung mechanischer Gesetzmäßigkeiten für sportliche Belastungen.

Biomechanische Prinzipien nach Hochmuth

Hochmuth entwickelte fünf biomechanische Prinzipien:

  1. Das Prinzip der Anfangskraft besagt, dass eine Körperbewegung die mit einer maximalen Geschwindigkeit ausgeführt werden soll, durch eine Bewegung die genau entgegen gesetzt verläuft eingeleitet werden muss. Das richtige Verhältnis von Einleitungsbewegung und Zielbewegung muss individuell optimal gestaltet werden.
  2. Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges geht davon aus, dass bei dem Ziel einer hohen Endgeschwindigkeit der Beschleunigungsweg optimal lang verlaufen muss. Bei geradlinigen Bewegungen spricht man von einer Translation und bei gleichmäßig gekrümmten Bewegungen von einer Rotation.
  3. Um dem Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen zu folgen, müssen einzelnen Bewegungen optimal ineinandergreifen und zeitlich perfekt aufeinander abgestimmt sein. Je nach Bewegungsziel kann eine zeitliche Optimierung der Einzelbewegungen wichtiger sein als eine Phasenweise Einsetzung der Einzelbewegungen.
  4. Dies kann ebenso gut genau umgekehrt der Fall sein. Das Prinzip der Gegenwirkung bezieht sich auf das dritte Newtonsche Axiom (Actio gleich Reactio) und besagt, dass zu jeder Bewegung eine Gegenbewegung entsteht. Das Gleichgewicht des Menschen ist beispielsweise ein Zusammenspiel von Bewegungen und Gegenbewegungen.
  5. Das Prinzip der Impulsübertragung geht davon aus, dass es möglich ist mit Hilfe des Drehimpulserhaltungssatzes Impulse durch Verlagerung des Körperschwerpunktes in eine andere Bewegung mitzunehmen.

Prinzip der Anfangskraft

Definition

Das biomechanische Prinzip der Anfangskraft spielt vor allem bei Wurf und Sprungbewegungen eine bedeutende Rolle, bei denen eine maximale Endgeschwindigkeit des Körpers oder eines Sportgerätes erreicht werden soll. Dieses Prinzip besagt, dass eine einleitende Bewegung entgegengesetzt der Hauptbewegungsrichtung einen Leistungsvorteil bewirkt. Die in der älteren Literatur häufige Bezeichnung als Prinzip der maximalen Anfangskraft wird in der neueren Sportwissenschaft nicht mehr verwendet, da es bei dieser entstehenden Anfangskraft nicht um einen maximalen, sondern um einen optimalen Kraftstoß handelt.

Wie entsteht diese Anfangskraft

Wird der Hauptbewegung eine Bewegung entgegengesetzt der eigentlichen Richtung vorgeschaltet, muss diese Bewegung abgebremst werden. Durch dieses Abbremsen entsteht ein Kraftstoß (Bremskraftstoß). Dieser kann für die Beschleunigung des Körpers oder des Sportgerätes dann genutzt werden, wenn die Hauptbewegung unmittelbar auf diese „Ausholbewegung“ folgt.

Erläuterung zum Prinzip der Anfangskraft

Die Abbildung verdeutlicht das Prinzip der maximalen Anfangskraft an einem Beispiel auf einer Kraftmessplatte.

Ein Sportler wirft mit gestreckten Armen einen Medizinball nach oben. Anfangs befindet sich der Sportler im ruhigen Stand auf der der Messplattform. Die Waage zeigt das Körpergewicht [G] an (Das Gewicht des Mediballes wird vernachlässigt. Im Zeitpunkt [A] geht der Proband in die Knie. Die Messplatte zeigt einen niedrigeren Wert an. Die Fläche [X] zeigt den negativen Kraftstoß, der dem Bremskraftstoß [y] entspricht. Unmittelbar auf diesen Bremskraftstoß erfolgt der Beschleunigungskraftstoß. Die Kraft [F] wirkt auf den Mediball. Auf der Messplattform ist ein größerer Messwert erkennbar. Für die optimale Kraftentfaltung sollte das Verhältnis von Bremskraftstoß zu Beschleunigungskraftstoß etwa eins zu drei betragen.

Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges

Beschleunigung

Die Beschleunigung ist definiert als die Veränderung der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit. Sie kann sowohl in positiver, als auch in negativer Form auftreten. Im Sport ist jedoch nur die positive Beschleunigung von Bedeutung. Die Beschleunigung ist abhängig aus dem Verhältnis von Kraft [F] durch Masse [m]. folglich: Wirkt eine Höhere Kraft auf eine niedrigere Masse, vergrößert sich die Beschleunigung.

Erläuterung

Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges, als eines der biomechanischen Prinzipien zielt darauf, dem Körper, Teilkörper, oder einem Sportgeräte eine maximale Endgeschwindigkeit zu vermitteln. Da es sich jedoch bei der Biomechanik um physikalische Gesetzmäßigkeiten im Bezug auf den menschlichen Organismus handelt, ist der Beschleunigungsweg auf Grund von muskelphysiologischen Gegebenheiten und Hebelverhältnissen nicht maximal, sondern optimal. Beispiel: Der Beschleunigungsweg beim Hammerwurf könnte durch zusätzliche Drehbewegungen um ein vielfaches verlängert werden, dies ist jedoch unökonomisch. Ein zu tiefes Hocken beim Strecksprung führt zwar zur Verlängerung des Beschleunigungsweges, bewirkt jedoch ungünstige Hebelverhältnisse und ist somit nicht zweckmäßig.

In der neueren Sportwissenschaft bezeichnet man dieses Gesetz als Prinzip der Tendenz des optimalen Beschleunigungsweges (HOCHMUTH). Im Vordergrund steht nicht das Erreichen einer maximalen Endgeschwindigkeit, sondern die Optimierung des Beschleunigungs- Zeit- Verlaufes. Beim Kugelstoßen spielt die Dauer der Beschleunigung keine Rolle, es geht lediglich um das Erreichen der Endgeschwindigkeit, beim Boxen hingegen ist es wichtiger, den Arm möglichst schnell zu beschleunigen, um Ausweichaktionen des Gegners zu unterbinden. Somit kann beim Kugelstoß der Beginn der Beschleunigung gering gehalten werden und erst gegen Ende der Bewegung liegt eine hohe Beschleunigung vor.

Prinzip der Koordination von Teilimpulsen

Definition Impuls

Ein Impuls ist der Bewegungszustand in Richtung und Geschwindigkeit [p=m*v]

Erläuterung

Bei diesem Prinzip gilt es wieder zu unterscheiden in Koordination von der gesamten Körpermasse (Hochsprung) oder der Koordination von Teilkörpern (Speerwurf). Im engen Zusammenhang mit den koordinativen Fähigkeiten (speziell Kopplungsfähigkeit) müssen alle Teilkörperbewegungen/ Teilimpulse zeitlich, räumlich und dynamisch koordiniert werden. Am Beispiel Aufschlag im Tennis wir dies gut erkennbar. Der Tennisball kann nur dann eine hohe Endgeschwindigkeit erreichen (230 km/h) wenn die gesamten Teilimpulse zeitlich unmittelbar aufeinander folgen. Das Resultat der hohen Zuschlagbewegung beim Aufschlag beginnt mit dem Strecken der Beine, daraufhin erfolgt eine Drehung des Oberkörpers und die eigentliche Zuschlagbewegung des Armes. Die einzelnen Teilimpulse werden bei ökonomischer Ausführung addiert. Des Weiteren ist zu beachten, dass die Richtungen der einzelnen Teilimpulse gleichgerichtet sind. Hierbei muss wieder ein Kompromiss zwischen anatomischen und mechanischen Gesetzmäßigkeiten gefunden werden.

Prinzip der Gegenwirkung

Erläuterung

Das Prinzip der Gegenwirkung als eines der biomechanischen Prinzipien basiert auf das dritte Newtonsche Gesetz der Gegenwirkung. Es besagt, dass eine entstandene Kraft immer auch eine entgegengesetzte Kraft von gleicher größer in entgegengesetzter Richtung erzeugt. Die Kräfte, die auf die Erde übertragen werden, können aufgrund der Masse der Erde vernachlässigt werden. Beim Gehen wird gleichzeitig zum rechten Fuß, der linke Arm nach vorne gebracht, da der Mensch in der horizontalen keine Kräfte auf die Erde übertragen kann. Ähnliches ist beim Weitsprung zu beobachten. Der Athlet bewirkt durch das nach vorne bringen des Oberkörpers gleichzeitig ein Anheben der unteren Extremitäten und verschafft sich somit Vorteile in der Sprungweite. Weiter Beispiele sind der Schlagwurf im Handball oder Vorhand beim Tennis. In Anlehnung an diesem Prinzip erfolgt das Prinzip des Drehrückstoßes. Als Beispiel kann man vorstellen, man steht vor einem Abhang. Bekommt der Oberkörper Vorlage, so beginnen die Arme nach vorne zu kreisen, um einen Impuls auf den Oberkörper zu erzeugen. Da die Masse der Arme geringer ist als die des Oberkörpers, müssen diese in Form von schnellen Kreisen erfolgen.

Prinzip der Impulserhaltung

Zur Erläuterung dieses Prinzip analysieren wir einen Salto mit gestreckter und gehockter Körperhaltung. Die Achse um die der Turner einen Salto springt, bezeichnet man als Körperbreitenachse. Bei gestreckter Körperhaltung befindet sich viel Körpermasse von dieser Drehachse entfernt. Dadurch wird die Drehbewegung (Winkelgeschwindigkeit) verlangsamt und der Salto ist nur schwer ausführbar. Werden nun durch Anhocken Körperteile an die Drehachse gebracht, erhöht sich die Winkelgeschwindigkeit und der Ausführung des Saltos wird vereinfacht. Gleiches Prinzip gilt auch bei Pirouetten im Eiskunstlauf. Die Drehachse ist in diesem Fall die Körperlängsachse. Durch das Annähern von Arme und Beine an diese Drehachse erhöht sich die Drehgeschwindigkeit.

Die biomechanischen Prinzipien in den einzelnen Disziplinen

Biomechanische Prinzipien beim Hochsprung

Beim Hochsprung kann man die einzelnen Bewegungsabläufe mit den biomechanischen Prinzipen in Einklang bringen.
Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges findet sich im Anlauf wieder, der kurvenförmig nach vorne verlaufen muss, um einen optimalen Absprungpunkt zu treffen. Dabei spielt auch das Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen eine wichtige Rolle. Der Stemmschritt ist immens wichtig und entscheidet über die Flugbahn nach dem Absprung. Die Prinzipien der Impulsübertragung und der Anfangskraft spielen hier eine Wichtige Rolle. Sie sorgen dafür, dass der Athlet die optimale Kraft beim Absprung auf den Boden bringt und den Schwung aus dem Anlauf mitnimmt.

Bei der Überquerung der Latte findet eine Drehung statt die auf das Prinzip der Gegenwirkung und des Drehrückstoßes zurückzuführen ist. Beim Absprung wird der Körper in seitlicher Lage über die Latte gedreht und anschließend auf dem Rücken abgefangen.

Biomechanische Prinzipien beim Badminton

Beim Aufschlag des Badmintons lassen sich die Prinzipien auch anwenden. Die Ausholbewegung folgt dem Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges und dem Prinzip der Anfangskraft. Das Prinzip der Impulserhaltung ist wichtig, damit der Schwung auch auf den Ball übertragen werden kann. Hier hilft auch das Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen. Wenn der Schlag vollendet ist wird die Bewegung mit Hilfe des Prinzips der Gegenwirkung und des Drehrückstoßes abgefangen.

Die Biomechanische Prinzipien beim Tennis

Beim Tennis Aufschlag verhält es sich sehr ähnlich zu dem des Badmintons. Viele von den biomechanischen Prinzipien greifen ineinander und sorgen so für eine optimale Ausführung der Bewegung. Beim Tennis ist es besonders wichtig auf optimale Bewegungsabläufe zu achten, da Fehler auf Grund der Schnelligkeit des Spiels sehr viel Energie kosten können. Daher sind diese Prinzipien im Training sehr wichtig und können im Wettkampf über Sieg oder Niederlage entscheiden.

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Biomechanische Prinzipien beim Sprint

Beim Sprint geht es vor allem um die Prinzipien der Anfangskraft, des optimalen Beschleunigungsweges, der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen und dem Prinzip der Impulserhaltung. Das Prinzip der Gegenwirkung und des Drehrückstoßes findet hier kaum Anwendung.
Der Start muss kraftvoll und zielgerichtet erfolgen. Der Bewegungsablauf der Beine muss in einer optimalen Frequenz und Schrittlänge möglichst bis in Ziel eingehalten werden.
Dieses Beispiel veranschaulicht sehr schön, wie wichtig die biomechanischen Prinzipien für Bewegungen sein können.

Biomechanische Prinzipien beim Schwimmen

Im Schwimmen sind die biomechanischen Prinzipien bei den unterschiedlichen Schwimmstilen leicht verändert anzuwenden.
Hier wird das Beispiel Brustschwimmen vorgestellt, da es die am weitesten verbreitete Schwimmart ist. Das Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen entspricht der zyklischen Bewegung von Armen und Beinen mit gleichzeitiger Atmung (Kopf über und unter Wasser).
Das Prinzip der Impulsübertragung spiegelt sich darin wieder, dass gute Schwimmer den Schwung aus den einzelnen Schlägen (Armbrustschlag und Beinbrustschlag) optimal mitnehmen und den Vortrieb für den nächsten Zug nutzen.

Lesen Sie dazu auch unser Thema: Schwimmphysik

Biomechanische Prinzipien beim Weitsprung

Beim Weitsprung verhält es sich ähnlich zum Hochsprung. Unterschiedlich ist die Art des Anlaufs. Er ist nicht wie beim Hochsprung kurvenförmig angeordnet, sondern linear auf die Sprunggrube. Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges spielt hier eine große Rolle. Außerdem findet das Prinzip der Impulsübertragung ebenso Anwendung wie das Prinzip der Anfangskraft, ohne die der Start gar nicht erst möglich wäre.

Am Ende des Anlaufs angekommen führt der Springer einen Stemmschritt durch und nutzt das Prinzip der Gegenwirkung und der Impulsübertragung und drückt sich in die Flugbahn in Richtung Sprunggrube ab. Im Flug wirft der Springer die Beine und Arme nach vorne und nutzt so das Prinzip der Impulsübertragung, um noch weiter zu fliegen.

Weitere Informationen

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Qualitätssicherung durch: Tobias Kasprak      |     Letzte Änderung: 14.10.2017
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