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Dr. Andre Seyfarth ([email protected]), Prof. Blickhan ([email protected])
Biomechanik II
Ausgewählte UntersuchungenWeitsprung (Long Jump)
Andre Seyfarth
14. Januar 2004
Dr. Andre Seyfarth ([email protected]), Prof. Blickhan ([email protected])
Weitsprung (Long Jump)
• Experimentelle Untersuchungen
• Modellierung des Weitsprunges
• Diskussion eines Artikels zum Weitsprung
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Teil 1: Weitsprung (Long Jump)
• 4 Abschnitte:
Anlauf – Absprung – Flugphase – Landung
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Teil 1: Weitsprung (Long Jump)
Messtechnik
• Videoanalyse 2D / 3D (>100Hz)
• Kraftmessung, z.B. beim Absprung
• Geschwindigkeitsmessung Lichtschrankenmessung 1, 6, 11 m vorLaveg
• Elektromyographie
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Anlauf (Approach)
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Anlauf (Approach)
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Anlauf (Approach)
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Anlauf (Approach)
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Absprung: BodenreaktionskräfteRennen (Vorfuß- und Fersenlauf)
Weitsprung (3-9 Schritte Anlauf)
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Absprung: Kinematik
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Beiträge zur Sprungweite
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Beiträge zur Sprungweite
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Einfluss der Anlaufgeschwindigkeit
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Warum springen Weitspringer nicht mit 45º ab?
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Modellierung des Weitsprunges
r
hip joint
knee joint
ankle joint
FPE
FSEd
mFM
LEG
FCE
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Ergebnisse der Modellierung
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Woher stammt der erste Kraftstoß?
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Dynamik des Weitsprunges
Woher stammt der erste Kraftstoß?
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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
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Experimentelle Studie
Abstract
Introduction
Methods
Results
Discussion
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Zusammenfassung (Abstract)
• 2 männliche Weitspringer TM und YS• Weitsprung mit unterschiedlicher Anlauflänge:
3-5-9 Schritte
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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
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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
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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.
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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.
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Was ist der
biomechanische Hintergrund
für die unterschiedlichen Abflugwinkel?
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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
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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
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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
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Methoden (Methods)
11m
KSP Berechnung basierend auf 15 Körpersegmenten nach Miura et al., 1974.
Markerkoordinaten Tiefpass Filter Butterworth 12 Hz
Berechnung der Gelenkwinkel und Winkelgeschwindigkeiten
Synchronisation!
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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
BF
RF
VM
TASol
LG
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Ergebnisse (Results)
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Ergebnisse (Results)
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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
Dr. Andre Seyfarth ([email protected]), Prof. Blickhan ([email protected])
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
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Abfluggeschwindigkeit
vX
vY
v konstant
45° optimal
vX
vY
v nicht konstant
Optimaler WinkelEnergie-verluste
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!