Biomechanik
Die Biomechanik bildet eine entscheidende wissenschaftliche Grundlage für die Beschreibung und Erklärung der Erscheinungen und Ursachen von Bewegungen des Menschen. Dazu ist die Kenntnis der Grundgesetze der klassischen Mechanik erforderlich.
Der Name Biomechanik charakterisiert den Inhalt recht treffend. Bios - das Leben - und Mechane - das Starre.
Im Sport, wird mit Hilfe der Biomechanik und mathematischen Grundlagen die Optimierung von Bewegungsabläufen der verschiedensten Sportarten angesteuert.
Die Mathematik unterscheidet zwischen skalaren und vektoriellen Größen. Ein Skalar ist eine Größe, die allein schon durch eine Zahl verbunden mit einer physikalischen Einheit vollständig charakterisiert ist z.B. das Lungenvolumen mit 3,5 Litern, oder die Zeit für 100m von 10,21s. Folgende physikalische Größen sind skalare: die Länge (s), die Zeit (t), die Temperatur (T), die Masse (m), das Massenträgheitsmoment (J), das Volumen (V), der Impuls (p).
Vektoren dagegen, besitzen eine höhere Qualität. Sie sind durch einen Anstzpunkt, eine Richtung und einen Betrag gekennzeichnet. Zu dieser Kategorie zählen die Geschwindigkeiten (v, w, u), die Beschleunigung (a, α), die Kraft (F) und das Drehmoment (M). Vektoren spielen daher in der Biomechanik eine wichtige Rolle. Sie dienen der eindeutigen quantitativen Beschreibung von Eigenschaften und Merkmalen physikalischer Körper. Sie sind gekennzeichnet durch ihre Messbarkeit.
In der Mechanik spielt die Abhängigkeit zwischen zwei physikalischen Größen eine wichtige Rolle. Diese Abhängigkeit wird meist mathematisch in einem formelhaften Zusammenhang ausgedrückt. Am anschaulichsten für diesen Sachverhalt ist eine grafische Darstellung in Form eines Diagramms.
Als Beispiel können die Weg - Zeit - Verläufe herangezogen weden.
Die Geschwindigkeit ist ein Maß dafür, wie rasch sich der Weg (s) als Funktion der Zeit (t) ändert. Aus der Steigung der Weg-Zeit-Kurve zu einem bestimmten Zeitpunkt kann man auf die Geschwindigkeit des Körpers zu diesem Zeitpunkt Rückschlüsse ziehen:
a: Keine Wegänderung, v = 0 → horizontale Gerade
b: Gleiche Wegänderung in gleichen Zeitabständen, v = konstant → ansteigende Ge rade
c: In gleichen Zeitabschnitten werden immer größere Strecken zurückgelegt, v wächst → immer steilerverlaufende Kurve.
Anhand der zwei biomechanischen Beispiele aus Kugelstoßen und Stabhochsprung wird gezeigt wie wichtig der biomechanische Aspekt mithilfe der Mathematik ist, um seine sportlichen Leistungen zu optimieren.
Das folgende Video zeigt in sehr einfacher Form worum es in der Biomechanik des Sportes geht:
