Dr. Andre Seyfarth (oas@uni-jena.de), Prof. Blickhan (beb@uni-jena.de) Biomechanik II Ausgewählte...

Dr. Andre Seyfarth (oas@uni-jena.de), Prof. Blickhan (beb@uni-jena.de)

Biomechanik II

Ausgewählte UntersuchungenWeitsprung (Long Jump)

Andre Seyfarth

14. Januar 2004

Weitsprung (Long Jump)

• Experimentelle Untersuchungen

• Modellierung des Weitsprunges

• Diskussion eines Artikels zum Weitsprung

Teil 1: Weitsprung (Long Jump)

• 4 Abschnitte:

Anlauf – Absprung – Flugphase – Landung

Teil 1: Weitsprung (Long Jump)

Messtechnik

• Videoanalyse 2D / 3D (>100Hz)

• Kraftmessung, z.B. beim Absprung

• Geschwindigkeitsmessung Lichtschrankenmessung 1, 6, 11 m vorLaveg

• Elektromyographie

Anlauf (Approach)

Absprung: BodenreaktionskräfteRennen (Vorfuß- und Fersenlauf)

Weitsprung (3-9 Schritte Anlauf)

Absprung: Kinematik

Beiträge zur Sprungweite

Einfluss der Anlaufgeschwindigkeit

Warum springen Weitspringer nicht mit 45º ab?

Modellierung des Weitsprunges

hip joint

knee joint

ankle joint

Ergebnisse der Modellierung

Woher stammt der erste Kraftstoß?

Dynamik des Weitsprunges

Woher stammt der erste Kraftstoß?

Experimentelle Studie

The EMG activity and mechanics of the running jump as a function of take-off angle

W. Kakihana, S. Suzuki

Journal of Electromyography and Kinesiology 11 (2001) 365-372.

• Download: www.uni-jena.de/~oas/biomechanics2.html

Experimentelle Studie

Abstract

Introduction

Methods

Results

Discussion

Zusammenfassung (Abstract)

• 2 männliche Weitspringer TM und YS• Weitsprung mit unterschiedlicher Anlauflänge:

3-5-9 Schritte

Proband TM im Vergleich zu YS – Kinematik

• größere vertikale KSP-Geschwindigkeit beim Absprung bei allen Anlauflängen

• Oberkörper mehr nach hinten gelehnt (bei Landung und Absprung)

• Oberschenkel hat kleineren Bewegungsbereich• Knie und Sprunggelenk waren mehr gestreckt bei

Landung• Knie mehr gebeugt beim Absprung

Proband TM im Vergleich zu YS – Dynamik

• größerer Bremsstoß• geringerer Beschleunigungsimpuls• Hauptmuskeln: RF, VM, LG, TA• BF nur kurz vor Beginn der Landung bis 2/3 des

Bodenkontakts

TM nutzt größeren Abflugwinkel, da er einen stärkeren Bremseffekt erzielte durch die Koordination der Muskeln um Hüfte, Knie und Sprunggelenk

Introduction (Einführung)

Koh&Hay 1990: Sprungweite ist mit (1) Landedistanz (r=0.44) sowie (2) der Änderung in der horizontalen Geschwindigkeit (r=-0.59) beim Absprung korreliert.

Fuß beim letzten Schritt weit vor dem Körper aufsetzen unterstützt die Entwicklung der vertikalen Geschwindigkeit auf Kosten der horizontalen Geschwindigkeit.

Dennoch individuelle Strategien, z.B. WM‘91Mike Powell (8.95m) – 23.1° AbflugwinkelCarl Lewis (8.91m) – 18.3° Abflugwinkel

Fukashiro et al.,1992Kinematische Unterschiede: Oberkörperhaltung, Beinstreckung, Hüftrotation.

Was ist der

biomechanische Hintergrund

für die unterschiedlichen Abflugwinkel?

Frühere Studie von Kakihana et al., 1995:

(1) höhere vertikale und geringere horizontale Abfluggeschwindigkeit durch:

• geringere Aktivierung des BF• größere Bremsstöße

(2) Erhalt der horizontalen Geschwindigkeit:• Aktivierung LG und Soleus• größerer Beschleunigungsimpuls

Methoden (Methods)

• 2 männliche Weitspringer TM (Bestweite 7.63m) und YS (Bestweite 6.80m)

• Weitsprung mit unterschiedlicher Anlauflänge: 3-5-9 Schritte, 2-4 mal hintereinander, Indoor, Landung auf der Matte (anstatt Sand)

• Kraftplattform (KISTLER, 9281B) und Anlaufstrecke mit Gummimatten ausgelegt.

• Sprungweite gemessen von den Zehen beim Abflug bis zu der Ferse bei der Landung

Methoden (Methods)

• Kräfte vertikal Fz, nach vorne Fy, seitwärts Fx sowie Kraftangriffspunkt, Abtastfrequenz 1000Hz

• Marker (2cm groß) an charakteristischen Körperstellen: 5. Metatarsalgelenk, Sprunggelenk, Knie, Huefte, Handgelenk, Ellenbogen, Schulter, am Kopf, Nacken

• High-Speed Kamera HSV500, NAC mit 250Bildern/s Aufnahmefrequenz

Methoden (Methods)

KSP Berechnung basierend auf 15 Körpersegmenten nach Miura et al., 1974.

Markerkoordinaten Tiefpass Filter Butterworth 12 Hz

Berechnung der Gelenkwinkel und Winkelgeschwindigkeiten

Synchronisation!

Methoden (Methods)

• Bipolares S-EMG von BF, VM, RF, LG, TA, Sol

• Elektrodenpaar je im Abstand von 3 cm geklebt und mit Klebeband fixiert

• telemetrische Übertragung• Bandpass 15-250Hz• EMG Gleichgerichtet und

geglättet.• Aufnahmefrequenz 1000Hz

Ergebnisse (Results)

Diskussion

• TM höhere vertikale KSP-Geschwindigkeit beim Abflug als YS

• Gleichzeitig Oberkörper mehr nach hinten gelehnt, Bein mehr gestreckt

TM größerer Bremseffekt, weniger Vortrieb als YS

Hay 1986: Rücklage des Oberkörpers sowie gestrecktes Absprungbein beeinflusst signifikant die Sprungweite

Diskussion

• EMG Koaktivität von RF und VM bei TM von kurz vor Kontakt bis 2/3 des KontaktsRF und VM sind Synergisten als Knieextensoren bremsen Kniebeugung unter Körperlast

• EMG Aktivität von BF bei TM nur moderat, bei YS ähnlich wie beim Gehen oder Rennen

• Koaktivierung von TA und LG bei TM (=hohe Gelenksteifigkeit), jedoch reziproke Aktivierung bei YS

Abfluggeschwindigkeit

v konstant

45° optimal

v nicht konstant

Optimaler WinkelEnergie-verluste

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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