DI (FH) Litzenberger - BSO
DI (FH) Litzenberger - BSO
DI (FH) Litzenberger - BSO
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
Biomechanische Leistungsdiagnostik<br />
State of the Art<br />
Stefan <strong>Litzenberger</strong><br />
Institut für Sports Engineering & Biomechanics,<br />
Fachhochschule Technikum Wien, AUT<br />
<strong>BSO</strong> Trainertagung<br />
Schloss Schielleiten, AUT<br />
3.-4. September 2011
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Biomechanik<br />
Quelle: http://youtu.be/m233IVAiQ4 (Klick auf Link öffnet Video im<br />
Browser)<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Einleitung<br />
Definition<br />
Die Biomechanik untersucht die Bewegung biologischer Systeme.<br />
Sie bedient sich dazu der Methoden der Mechanik und der Biologie.<br />
Gebiete<br />
Biomechanik untersucht Fragestellungen aus Ergonomie (z.B.<br />
Arbeitsplatzgestaltung, Bewegungsabläufe), Medizin (Anatomie,<br />
Neurophysiologie, Orthopädie) und sportlicher Bewegung.<br />
Kinematik: Ortsveränderung des Körpers<br />
Kinetik: Mechanik von Körpern unter Krafteinwirkung<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Einleitung<br />
Kräfte<br />
Bei allen Bewegungen wirken Kräfte auf den menschlichen Körper.<br />
Man unterscheidet<br />
Innere Kräfte<br />
aktiv: Muskulatur<br />
passiv: Sehnen, Bänder, Knochen<br />
Äußere Kräfte<br />
Bodenreaktionskraft<br />
Auftrieb<br />
Aerodynamischer-, Hydroynamischer Widerstand<br />
Reibung<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Leistungsdiagnostik<br />
verschiedene Arten<br />
sportpsychologische Leistung<br />
metabolische Leistung<br />
Herzfrequenz<br />
Sauerstoffaufnahme<br />
mechanische Leistung<br />
Leistungsmessung im<br />
Radsport<br />
sportliche Leistung<br />
z.B. Rundenzeiten<br />
Laufbahn<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien<br />
(a) (b)<br />
(c)<br />
Abbildung: Quellen: (a) www.polar.com,<br />
(b)(c) www.srm.de
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Physikalische und mechanische Grundlagen<br />
wichtige Größen zur Leistungsbeurteilung<br />
Beschleunigung<br />
Kraft<br />
Drehmoment<br />
Energie<br />
mechanische Leistung<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Beschleunigung<br />
a [ m<br />
s 2 ]<br />
Veränderung der Geschwindigkeit in einem gegebenen Zeitraum.<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien<br />
a = ∆v<br />
∆t = v2 − v1<br />
t2 − t1
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Kraft<br />
F [N]<br />
F = m · a<br />
Kraft ist die Ursache von<br />
Beschleunigung und damit<br />
auch von Bewegung.<br />
Kraft hat: Größe, Richtung,<br />
Angriffspunkt<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien<br />
Abbildung: Ruth Firth (AUS, Jg.<br />
1909),4,07m, Gold: 2009, World Masters<br />
Games, Sydney Olympic Park, Quelle:<br />
http://www.sueddeutsche.de
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Drehmoment<br />
MD [Nm]<br />
Drehmoment beschreibt den Anteil einer Kraft, der<br />
rotationswirksam ist<br />
MD = F · r<br />
Drehpunkt<br />
Drehrichtung<br />
Größe<br />
Einheit: Nm<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Arbeit / Energie<br />
W [J]<br />
Arbeit = Energieaufwand<br />
W = F · s<br />
potenzielle Energie (Lageenergie)<br />
Epot = m · g · h<br />
kinetische Energie (Bewegungsenergie)<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien<br />
Ekin = 1<br />
2 · m · v 2
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Leistung<br />
P [W]<br />
Leistung = Arbeit pro Zeit<br />
P = W<br />
t<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien<br />
= F ·s<br />
t = F · v = MD · ω
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Bewegungsanalyse<br />
zwei- oder dreidimensional<br />
Mehr als Videoanalyse<br />
Messbar machen von Bewegung<br />
Parametrisierung<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Bewegungsanalyse Ergebnisse<br />
Beispiele<br />
Vergleich zweier Athleten<br />
Vergleich links rechts<br />
Technikvergleich<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Markergestützte Bewegungsanalyse<br />
Quellen: Vicon, Nonlinear Biodynamics<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Bewegungsanalyse - menschlicher Körper, Material<br />
Quelle: http://youtu.be/1dW7Oi7KnPA<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
IMUs - Inertial Measurement Units<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien<br />
Quelle: http://youtu.be/rKPrYftacFg
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Fusion Motion Capture<br />
Quelle: http://youtu.be/vDEehaxaR78<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Kraftmessung<br />
Arten der Kraftmessung<br />
Kraftmesszellen<br />
Dehnmessstreifen (DMS)<br />
Kraftmessplatte (KMP)<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Dehnungsmessstreifen<br />
Messprinzip<br />
mikroskopische Längenänderung → Änderung des elektrischen<br />
Widerstands<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien<br />
Quelle: http://hbm.com/
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Dehnungsmessstreifen<br />
Einsatz Beispiel<br />
SRM - Powermeter 1987<br />
SRM - Powermeter 2010<br />
Quelle: http://srm.de/<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Kraftmessung<br />
Pedalkraftmessung<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien<br />
Quelle: Radlabor Freiburg (pdf-Dokument)
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Kraftmessung<br />
Drehmomente in den Gelenken<br />
MKnoechel = −I ¨γ + mf (afxCGf sin γ + afyCG f cos γ) +<br />
mf gCG f cos γ + lf PF y cos γ + lf PF x sin γ<br />
I f . . . Massenträgheitsmoment Fuß, m f . . . Masse Fuß, a fx . . . Tangentialbeschl. x,<br />
CG f . . . Abstand Schwerpunkt Fuß proximales Gelenk, g . . . Erdbeschleunigung,<br />
PF y . . . Pedalkraft y-Komponente, l f . . . Länge Fuß<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Pedalkraftmessung - für jeden<br />
Quelle: http://youtu.be/pr8f6X5XKdI<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Kraftmessplatte<br />
Quelle: http://www.amti.biz/<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Messung der Bodenreaktionskräfte<br />
Quelle (Langversion): http://youtu.be/7jrnj-7YKZE<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Messung der plantaren Druckverteilung<br />
Methoden<br />
Einlegesohlen<br />
Druckmessplatten<br />
Demonstration Medilogic<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
plantare Druckverteilung Anwendung<br />
Quelle (Langversion): http://youtu.be/7jrnj-7YKZE<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
EMG<br />
Elektromyographie<br />
” .. ist das Studium der Muskelfunktion durch Erforschung des<br />
elektrischen Signales, das die Muskeln erzeugen.“<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
EMG<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
EMG<br />
Aussagemöglichkeiten<br />
Muskuläre Koordination<br />
Muskuläre Ermüdung<br />
Grad der Muskelaktivität<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
invers dynamische Analyse<br />
Simulation<br />
Berechung von inneren Kräften, aus<br />
Bewegung<br />
äußeren Kräften<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
invers dynamische Analyse<br />
@uelle. http://youtu.be/1rQ8iEGd2jk<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Einleitung Physik/Mechanik biomech. Messmethoden<br />
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!<br />
<strong>DI</strong>(<strong>FH</strong>) Stefan <strong>Litzenberger</strong><br />
Fachhochschule Technikum Wien<br />
Stv. Leiter des Instituts Sports Engineering & Biomechanics<br />
Höchstädtplatz 5<br />
A-1200 Vienna<br />
litzenberger@technikum-wien.at<br />
c○ 2011 Fachhochschule Technikum Wien
Change language