Post on 16-Aug-2019
Spezielle BewegungslehreBiomechanik
Instruktor Faustball – Linz - 29.3.2015
Übersicht
• 8:00 – 10:15Ausgewählte Beispiele der Sport-Biomechanik
(ein bisschen Physik und Mathe…)
• 10:30 – 12:00Diplomarbeit
Mag. Kurt Söser 2
Übersicht
• Vieles bekannt! Bewusstsein bringen
• Fragen! Fragen! Fragen!
• Expertenrunde
Mag. Kurt Söser 3
?
Biomechanik?
„Die Biomechanik des Sports ist die wissenschaftliche Disziplin, die die sportliche Bewegung unter Verwendung von Begriffen, Methoden und Gesetzmäßigkeiten der Mechanik beschreibt und erklärt.“
(Ballreich 1996)
4
Biomechanik
5
Biomechanik
6
Biomechanik
7
Jump!!!
Mag. Kurt Söser 8
Jump!!!
Mag. Kurt Söser 9
Counter-Movement-Jump
Mag. Kurt Söser 10
Counter-Movement-Jump
Mag. Kurt Söser 11
Jump!!!
Mag. Kurt Söser 12
Leonell Marshall (CUBA)
Drop-Jump
Mag. Kurt Söser 13
Magnus-Effekt
Mag. Kurt Söser 14
Magnus-Effekt
Mag. Kurt Söser 15
Roberto Carlos (BRA)
Magnus-Effekt
Mag. Kurt Söser 16
Exkurs: Ball-Diskussion
Mag. Kurt Söser 17
Ballgeschwindigkeiten
Mag. Kurt Söser 18
Sportart Geschwindigkeit in km/h
Rekordhalter
Badminton 332 Fu Haifeng
Jai-Alai (Pelota) 302
Golfball ~ 300
Squash 270
Tennis-Aufschlag 264 Sam Groth
Fußball 202 Ronny Heberson
Tischtennis ~ 200
Eishockey 183,7 Alexander Ryazantsev
Baseball 170 Aroldis Chapman
Volleyball 132 Matey Kaziyski
Handball 131
BallgeschwindigkeitenFaustball Standservice
104.1 94.2 93.10
20
40
60
80
100
120
Leitner (1992) Bayer (1980) Scheibe (1972)
Ballg
esch
win
dig
keit
(k
m/h
)
Mag. Kurt Söser 19
Elastischer/Inelastischer Stoß
Mag. Kurt Söser 20
Teilelastischer Stoß
Mag. Kurt Söser 21
Elastischer/Inelastischer Stoß
Mag. Kurt Söser 22
Teilelastischer Stoß
Mag. Kurt Söser 23
Teilelastischer Stoß
Mag. Kurt Söser 24
• Standservice
• Sprungservice
Effektive Masse
Sprungservice
Mittelwert
m (kg)
Minimum
minm (kg)
Maximum
maxm (kg)
Standardabweichung
(kg)
Gruppe 1 (n = 5) 1,08 0,84 1,30 0,20
Gruppe 2 (n = 4) 0,93 0,68 1,31 0,29
Effektive Masse
Standservice
Mittelwert
m (kg)
Minimum
minm (kg)
Maximum
maxm (kg)
Standardabweichung
(kg)
Gruppe 1 (n = 4) 1,37 1,13 1,66 0,22
Gruppe 2 (n = 8) 0,95 0,71 1,16 0,16
Gruppe 3 (n = 7) 0,76 0,53 0,96 0,14
Biomechanische Grundprinzipien
Mag. Kurt Söser 25
• Koordination von Teilimpulsen
• Optimaler Beschleunigungsweg
• Anfangskraft
• Gegenkraft
• Impulserhaltung
Koordination von Teilimpulsen
Mag. Kurt Söser 26
• Koordination derGeschwindigkeitenvon proximal - distal
Koordination von Teilimpulsen
Mag. Kurt Söser 27
Kinematische Kette
Optimaler Beschleunigungsweg
Mag. Kurt Söser 28
• Geradlinig
• Stetig Gekrümmt
Anfangs“kraft“
Mag. Kurt Söser 29
• Bogenspannung
• Oberkörpertorsion
Gegenkraft
Mag. Kurt Söser 30
• „Widerlager“ am Boden
• Schwung-Arm
Wurfseitenfreiheit
Mag. Kurt Söser 31
• Anstellen derSchulterachse
• Einsatz des Brustmuskels
• Verletzungen?
Wurfseitenfreiheit
Mag. Kurt Söser 32
Geometrie
3m-Linie 2m hohe Leine 25m Feldende Erster Bodenkontakt
Ball 1m im „Aus“
1m
2,40m
?φ
Mag. Kurt Söser 33
φ = 0,18°
Geometrie
Mag. Kurt Söser 34
Almhofer (2003)
Geometrie
Mag. Kurt Söser 35
Geometrie
5 10 15 20 25
-2
-1
1
2
Mag. Kurt Söser 36
• Flugparabeln
– Ohne/mit Luftwiderstand
– Berechnungen anhand von Flugparabel mit Luftwiderstand und Rotation sehr komplex
02
22
0
htanxxcosv2
gxz
Geometrie
2,11 m
d
h
d Distanz zur Leine beim Balltreffpunkt
h Leinenüberhöhung des Ball-
schwerpunktes bezüglich L = 2,11 m
0 Abflugwinkel
TA Theoretische Angriffslinie
TA
0
Ursprung (0/0)
Mag. Kurt Söser 37
Theoretische Angriffslinie
Geometrie
Mag. Kurt Söser 38
• Theoretische Angriffszone
Geometrie
Mag. Kurt Söser 39
• Physik – Flugparabel
Theoretische Betrachtungen
Mag. Kurt Söser 40
Abschlaghöhe
(in m) 2,21 2,31 2,41 2,51 2,61 2,71 2,81
Entfernung zur Leine
(in m) Theoretische Angriffslinie (in m)
2,40 12,99 11,11 9,59 8,35 7,34 6,52 5,84
2,60 13,07 11,32 9,86 8,66 7,67 6,85 6,17
2,80 13,13 11,48 10,09 8,93 7,96 7,15 6,46
3,00 13,17 11,62 10,30 9,17 8,22 7,42 6,74
3,20 13,19 11,73 10,47 9,39 8,46 7,67 6,99
3,40 13,21 11,83 10,62 9,58 8,68 7,90 7,23
3,60 13,21 11,90 10,75 9,74 8,87 8,11 7,44
3,80 13,21 11,96 10,86 9,89 9,04 8,30 7,64
4,00 13,19 12,01 10,96 10,02 9,20 8,47 7,82
Theoretische Betrachtungen
0
2
4
6
8
10
12
14
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
2,0 m
2,4 m
2,8 m
3,2 m
3,6 m
4,0 m
Mag. Kurt Söser 41
Ball: 25 m/s
Höhe: 2,4 m
Theoretische Betrachtungen
0
2
4
6
8
10
12
14
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
2,2 m
2,3 m
2,4 m
2,5 m
2,6 m
Mag. Kurt Söser 42
Ball: 25 m/s
Distanz: 3 m
Theoretische Betrachtungen
• Theoretische Angriffszone
– Sprungservice nicht zum Raumgewinn!
– Höhe wichtiger als Distanz!
• (physiologische Voraussetzung)
– Aufstellung nach theoret. Angriffszone!?
Mag. Kurt Söser 43
Ball-Boden-Kontakt
Mag. Kurt Söser 44
Mag. Kurt Söser 45
Diplomarbeit 2004
Eine 3-dimensionale, kinematische Analyse von Stand- und Sprungservice
im Sportspiel Faustball
Diplomarbeit 2004
Einleitung
Mag. Kurt Söser 47
Motivation
Mag. Kurt Söser 48
• Kinematik?
– Räumliche, zeitliche Parameter
• Länge, Zeit, Winkel, Geschwindigkeit, Beschleunigung,…
– Kraft
• 3-dimensional
– Unbedingt notwendig
Motivation
Österreich Service Deutschland
Gesamt 48:62 in % Gesamt 62:48 in %
13 22 Punkte 14 29
43 73 abgewehrt 26 54
3 5 Fehler 8 17
Mag. Kurt Söser 49
• Service – die effektivste „Waffe“• EM 2000 – Finale
• WG 2001 - Finale
Österreich Service Deutschland
Gesamt 57:52 in % Gesamt 52:57 in %
26 48 Punkte 23 40
23 43 abgewehrt 32 56
5 9 Fehler 2 4
Almhofer (2003)
Motivation
Mag. Kurt Söser 50
Punkte gesamt
Absolute
Servicepunkte
Relativer Anteil der
Servicepunkte
Brasilien WM 1999 99 26 26,3 %
Deutschland WM 1999 92 34 37,0 %
Österreich WM 1999 26 17 65,4 %
Deutschland WM 1999 40 17 42,5 %
Österreich EM 2000 48 13 27,1 %
Deutschland EM 2000 62 14 22,6 %
Österreich WG 2001 57 26 45,6 %
Deutschland WG 2001 52 23 44,2 %
Österreich EM 2002 60 11 18,3 %
Deutschland EM 2002 32 9 28,1 %
Gesamt 568 190 33,5 % Almhofer (2003)
Untersuchung - Idee
• Erhebung von 3D-Daten
• Vergleich zwischen „guten“ und „schlechten“ Spielern
• Herausfilterung von leistungsbestimmenden Parametern
Mag. Kurt Söser 51
Untersuchung – MethodikDatenaufnahme
Mag. Kurt Söser 52
Probanden (Standservice) (n = 19)
StandserviceAlter
(a)
Masse
(kg)
Größe
(m)
Gruppe S1 (n=4) 23.3 88.8 1.89
(Top-Niveau) (± 1.9) (± 6.1) (± 0.04)
Gruppe S2 (n=8) 24.6 69.9 1.79
(mittl. Niveau) (± 7.6) (± 8.2) (± 0.05)
Gruppe S3 (n=7) 19.1 72.3 1.77
(niedr. Niveau) (+ 3.7) (± 10.3) (± 0.05)
Methodik- Datenaufnahme
Mag. Kurt Söser 53
Probanden (Sprungservice)(n = 9)
SprungserviceAlter
(a)
Masse
(kg)
Größe
(m)
Gruppe J1 (n=5) 23.0 90.0 1.87
(Top-Spieler) (± 4.7) (± 6.5) (± 0.05)
Gruppe J2 (n=4) 18.3 67.3 1.74
(niedr. Niveau) (± 3.3) (± 2.9) (± 0.04)
Methodik- Datenaufnahme
Mag. Kurt Söser 54
• Aufbau:–2 digitale JVC-Videokameras
• 60 Hz
• Shutter: 1/500 s
–3 Stative
–2 Scheinwerfer
–Kalibration-Kubus(25 Koordinaten)
–Faustbälle (RGW; Druck 0,65 bar)
–Faustball-Feld (Halle)
Methodik- Datenauswertung
Mag. Kurt Söser 55
SIMI 6.0
Motion-Capture heute!
Methodik- Datenauswertung
• Parameter:
• Geschwindigkeiten
– Hüfte (max.)
– Schulter (max.)
– Ellbogen (max.)
– Handgelenk (max.)
– Faust (max.)
– Faustball (max.)
Mag. Kurt Söser 57
Methodik- Datenauswertung
• Parameter:
• Winkel
– Schulterachse (t0)
– Beckenachse (t0)
Mag. Kurt Söser 58
Methodik- Datenauswertung
Mag. Kurt Söser 59
• Parameter:
• Winkel
– Torsion (max.)
top view
Methodik- Datenauswertung
• Parameter:
• Winkel
– Abspreizwinkel (max.)
Mag. Kurt Söser 60
Methodik- Datenauswertung
Mag. Kurt Söser 61
• Parameter:
• Ballkoordinaten
– Abschlaghöhe (t0)
Ergebnisse - Sprungservice
Mag. Kurt Söser 62
Mag. Kurt Söser 63
Mag. Kurt Söser 64
Mag. Kurt Söser 65
Mag. Kurt Söser 66
Ergebnisse - Sprungservice
Mag. Kurt Söser 67
• Kinegramme
Ergebnisse - Standservice
• Animationen:
Mag. Kurt Söser 68
Mag. Kurt Söser 69
Mag. Kurt Söser 70
Mag. Kurt Söser 71
Mag. Kurt Söser 72
Ergebnisse - Standservice
Mag. Kurt Söser 73
• Kinegramme:
Ergebnisse - Standservice
Mag. Kurt Söser 74
• Kinegramme:
Ergebnisse - Standservice
Mag. Kurt Söser 75
• Kinegramme:
Ergebnisse - Daten
• Standservice – Sprungservice
(1) Geschwindigkeiten
(2) Winkel
(3) Raumparameter
(4) Korrelationen
(5) Effektive Schlagmasse
Mag. Kurt Söser 76
(1) Ergebnisse - Standservice
0
5
10
15
20
25
30
-0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05
Zeit (s)
Gesch
win
dig
keit
(m
/s)
Hüfte re
Schulter re
Ellbogen re
Handgelenk re
Faust re
Ballgeschwindigkeit = 30,5 m/s
m/s
Mag. Kurt Söser 77
• Körperteil-Geschwindigkeiten (Prb. A):
(1) Ergebnisse - Sprungservice
0
5
10
15
20
25
30
-0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05
Zeit (s)
Gesch
win
dig
keit
(m
/s)
Hüfte re
Schulter re
Ellbogen re
Handgelenk re
Faust re
Ballgeschwindigkeit = 34,2 m/s
Mag. Kurt Söser 78
• Körperteil-Geschwindigkeiten (Prb. B):
(1) Ergebnisse - Standservice
0
5
10
15
20
25
30
35
Hüfte Oberarmkopf Ellbogen Handgelenk Faust Ball
Gesch
win
dig
keit
(
m/s
)
S1 (n=4)
S2 (n=8)
S3 (n=7)
p=0.000
p=0.022
p=0.001
p=0.000
p=0.000
p=0.000
Mag. Kurt Söser 79
• Körperteil- und Ballgeschwindigkeiten:
(1) Ergebnisse - Sprungservice
0
5
10
15
20
25
30
35
Hüfte Oberarm Ellbogen Handgelenk Faust Ball
Gesch
win
dig
keit
(m
/s)
J1 (n=5)
J2 (n=4)
p=0.276
p=0.005
p=0.010
p=0.226
p=0.012
p=0.029
Mag. Kurt Söser 80
• Körperteil- und Ballgeschwindigkeiten:
(1) Ergebnisse - Stand/Sprungservice
0
5
10
15
20
25
30
35
Hüfte Schulter Ellbogen Handgelenk Faust Ball
Ges
ch
win
dig
ke
it (
m/s
)
Standservice (n = 19)
Sprungservice (n = 9)
p=0.000
p=0.000
p=0.005
p=0.000
p=0.003
p=0.053
Mag. Kurt Söser 81
• Vergleich Stand- Sprungservice
(1) Ergebnisse - Standservice
R2 = 0.7771R
2 = 0.3633R
2 = 0.6275 R
2 = 0.8207 R
2 = 0.8376
17
19
21
23
25
27
29
31
33
0 5 10 15 20 25
Körperteilgeschwindigkeiten (m/s)Ballg
esch
win
dig
keit
(m
/s)
Hüfte Oberarm Ellbogen Handgelenk FaustMag. Kurt Söser 82
• Korrelationen
(1) Ergebnisse - Sprungservice
R2 = 0.731R
2 = 0.2082R
2 = 0.0541 R
2 = 0.7125 R
2 = 0.8536
17
19
21
23
25
27
29
31
33
0 5 10 15 20 25 30
Körperteilgeschwindigkeiten (m/s)Ballg
esch
win
dig
keit
(m
/s)
Hüfte Oberarm Ellbogen Handgelenk FaustMag. Kurt Söser 83
• Korrelationen
(1) Ergebnisse - Sprungservice
R2 = 0.256
20
25
30
35
3 4 5 6
Anlaufgeschwindigkeit (m/s)
Ballg
esch
win
dig
keit
(m
/s)
Mag. Kurt Söser 84
• Korrelationen
•Anlaufgeschwindigkeit
nur bedingt entscheidend!
•Max. Sprungweite:
2,75m
(2) Ergebnisse - Standservice
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
-0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00
Zeit (sec)
Win
ke
l (°
)
Schulterachse
Beckenachse
Torsion
Abspreizwinkel
Ballgeschwindigkeit 30,5 m/s
Mag. Kurt Söser 85
• Winkel – Verläufe
(2) Ergebnisse - Sprungservice
-30
-10
10
30
50
70
90
-0.70 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00
Zeit (sec)
Win
kel (°
)
Schulterachse
Beckenachse
Torsion
Abspreizwinkel
Ballgeschwindigkeit 34,2 m/s
Mag. Kurt Söser 86
• Winkel – Verläufe
(2) Ergebnisse – Stand/Sprungservice
-20
0
20
40
60
80
100
-0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10
Zeit (sec)
Win
kel (°
)
Torsion
Abspreizwinkel
Mag. Kurt Söser 87
• Winkel – Verläufe – Vergleich
(2) Ergebnisse - Standservice
47 26 56 7541 27 46 5136 24 38 470
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Schulterachse Beckenachse Torsion Abspreizwinkel
Win
kel
(°)
S1 (n=4)
S2 (n=8)
S3 (n=7)
p=0.049
p=0.201
p=0.160
p=0.138
Mag. Kurt Söser 88
• Winkel – Vergleich
(2) Ergebnisse - Sprungservice
39 14 49 6843 16 49 780
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Schulterachse Beckenachse Torsion Abspreizwinkel
Win
kel (°
)
J1 (n=5)
J2 (n=4)
p=0.261
p=0.614
p=0.977
p=0.688
Mag. Kurt Söser 89
• Winkel – Vergleich
(2) Ergebnisse – Stand/Sprungservice
43 27 47 5540 15 49 730
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Schulterachse Beckenachse Torsion Abspreizwinkel
Win
ke
l (°
) Standservice(n=19)
Sprungservice(n=9)
p = 0.669
p =0.021
p = 0.427
p =0.000
Mag. Kurt Söser 90
• Winkel – Vergleich
(3) Ergebnisse – Standservice
Mag. Kurt Söser 91
• Flugbahn Ball• Ballwurf: ~ 50-100cm
über Reichhöhe
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1
Distanz in Schlagrichtung (m)
Hö
he
(m
)
(3) Ergebnisse – Standservice
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
-4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1
Distanz in Schlagrichtung (m)
Hö
he (
m) Faustball
Körperschwerpunkt
Mag. Kurt Söser 92
• Flugbahn Ball
(3) Ergebnisse – Standservice
2.29 2.25 2.16 2.48 2.322.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
Abschlaghöhe
Hö
he
(m
) S1 (n=4)
S2 (n=8)
S3 (n=7)
J1 (n=5)
J2 (n=4)
p=0.033
p=0.044
Mag. Kurt Söser 93
• Ballabschlaghöhe
p=0.001
(4) Ergebnisse – Standservice
47 26 56 7541 27 46 5136 24 38 470
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Schulterachse Beckenachse Torsion Abspreizwinkel
Win
kel
(°)
S1 (n=4)
S2 (n=8)
S3 (n=7)
p=0.049
p=0.201
p=0.160
p=0.138
Mag. Kurt Söser 94
• Winkel – Vergleich
(4) Ergebnisse – Standservice
R2 = 0.1292
17
19
21
23
25
27
29
31
20 30 40 50 60 70
Torsion (°)
Ball v
(m
/s)
Mag. Kurt Söser 95
• Korrelation Torsion-Ballgeschwindigkeit
(4) Ergebnisse – Standservice
R2 = 0.1942
17
19
21
23
25
27
29
31
15 35 55 75 95
Abspreizwinkel (°)
Ball v
(m
/s)
Mag. Kurt Söser 96
• Korrelation Abspreizwinkel-Ballgeschw.
(4) Ergebnisse – Standservice
R2 = 0.1826
17
19
21
23
25
27
29
31
20 30 40 50 60
Schulterachse (°)
Ball v
(m
/s)
Mag. Kurt Söser 97
• Korrelation Schulterachse-Ballgeschw.
(4) Ergebnisse – Sprungservice
R2 = 0.0868
21
23
25
27
29
31
33
35
30 35 40 45 50
Abspreizwinkel (°)
Ball v
(m
/s)
Mag. Kurt Söser 98
• Korrelation Abspreizwinkel-Ballgeschw.
(4) Ergebnisse – Sprungservice
Mag. Kurt Söser 99
• Korrelation Torsion-Ballgeschwindigkeit
– R² = 0.0504
• Korrelation Schulterachse-Ballgeschw.
– R² = 0,1942
Zahlen - Zahlen - Zahlen
Mag. Kurt Söser 100
Zusammenfassung
• Höhere Ball- und Körperteilgeschwindigkeiten bei Spielern höheren Niveaus (hochsignifikant)
• Parameter „Schulterachse“, „Torsion“ und „Abspreizwinkel“ besser bei Spielern höheren Niveaus (nicht signifikant)
Mag. Kurt Söser 101
Zusammenfassung• Höhere Ballgeschwindigkeiten nicht durch
Parameter „Abspreizwinkel“ (= Schwungbeineinsatz) „Torsion“ und „Schulterachse“ erklärbar. (Standservice)
• Diskrete Werte nicht entscheidend
Winkelverläufe
– Winkelgeschwindigkeiten
– Winkelbeschleunigungen
Mag. Kurt Söser 102
Zusammenfassung• Praxis:
– Genaue 3D-Daten und Angaben für Lehr- und Lernprozess
– Leistungsmaximierung (Ballgeschwindigkeit)
• Erhöhung der Körperteilgeschwindigkeiten
• Erhöhung der effektiven Schlagmasse
– Verletzungsprophylaxe
• Training der Rumpfmuskulatur (hohe Torsionswinkel (>60°) bei max. Beschleunigung)
Mag. Kurt Söser 103
Zusammenfassung• Praxis:
– Serienbilder
• Bilder und Animationen von verschiedenen Blickrichtungen
– Physikalische Erklärungen
• Ballhärte
• Flugbahnen
Mag. Kurt Söser 104
Ausblick• Erweiterung auf Rückschlag (ev. Zuspiel)
• Myografische Untersuchungen (Kinematik allein nicht ausreichend) - Muskelaktivitäten
• Höhere zeitliche Auflösung ( > 200 Hz)
– Verläufe
• Theoretische und Praktische Betrachtung
– Ball-Boden-Kontakt, Ball-Faust-Kontakt, Ballflugbahn,…
• Vergleiche mit anderen Wurfsportarten
Mag. Kurt Söser 105
Herzlichen Dank