Spezielle Bewegungslehre Biomechanik -...

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