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Bewegungslehre und Biomechanik
für das Abitur 2021
Facherlass für die schriftliche Abiturprüfung 2021
Themenfeld II: Bewegungslehre
Bei den Bewegungslehreinhalten des Sportbereichs erfolgt die
„Analyse sportlicher Bewegungen
unter funktionaler Betrachtungsweise“
im Anwendungsfeld Werfen.
Basis der Analyse sportlicher Bewegungen ist dabei die Kompetenz, Bewegungen benennen und beschreiben und biomechanische Größen, Gesetze und Prinzipien sportspezifisch anwenden zu können.
Zur Gewichtung der fünf Teile
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen (Teil 6 ist elementar wichtig für das Abi 2021)
Teil 3: Sportliche Bewegungen unter funktionaler Betrachtungsweise analysieren(Teil 3 ist bezüglich seiner Grundaussagen notwendig zum Verstehen von Teil 6)
Teil 4: Biomechanische Größen, Gesetze und ihre sportspezifischen Anwendungen (Teil 4 ist abschnittsweise notwendig zum Verstehen von Teil 6)
Teil 1: Sportliche Bewegungen kennzeichnen und angemessen betrachten, und
Teil 2: Sportliche Bewegungen benennen, beschreiben und darstellen,
sollten angemessener Stelle angesprochen werden.
Teil 1: Sportliche Bewegungenkennzeichnen ...
Was ist eine sportliche Bewegung?
Sie ist die (im Sport anerkannte) Lösung einer im Sport gestellten (Bewegungs-) Aufgabe
(Beispiel Speerwerfen
- Gegenbeispiel: der geschleuderte Speerwurf)
In der Bewegungslehre werden häufig nicht die gesamten Bewegungsabläufe untersucht, sondern nur die analyserelevanten.
Z. B. nur die Abwurfbewegung, Startsprung, nur die Wende, nur das Angleiten, ...
Absicht der Eingrenzung ist es, einen wohldefinierten Anfang Aund ein wohldefiniertes Ende E für die Analyse zu haben.
Teil 1: Sportliche Bewegungenanalyserelevant eingrenzen
• Problem: Was ich nicht benennen kann, über das kann ich auch nicht diskutieren
• Aber: Wie sollen sportliche Bewe-gungen angemessen benannt werden?
• Lösungsvorschläge im BL-Buch(z. B. Fosbury, Kniebeuge)
• Auch bei Würfen ist das Benennen nicht unproblematisch!
Teil 2: Sportliche Bewegungen benennen ...
Das grundlegende Beschreibungsmuster
Was wird gemacht?
Aktionsskizze
Hier wird mit der befehlsartigen Auflistung der Aktionen, die in jedem Falle zu realisieren sind, begonnen.
(Basis: Literatur, Expertenwissen und Forschungsergebnisse)
Teil 2: Sportliche Bewegungen beschreiben ...
Rumpf beugen und Ball durchstecken – Rumpf rückhoch schleudern – Ball rückhoch schleudern - abwerfen
Schrittstellung einnehmen – Ball rückführen – Rumpf vorschleudern und Arm eindrehen - abwerfen
Aktionsskizzen für Würfe
Das grundlegende Beschreibungsmuster
Wie wird sie ausgeführt?
Verlaufsbeschreibung
Hier müssen die Ausführungsmodalitäten (Aktionsmodalitäten)der diversen Aktionen hinzugefügt werden.
(Basis: Literatur, Expertenwissen und Forschungsergebnisse)
Teil 2: Sportliche Bewegungen beschreiben ...
Ausgangsstellung einnehmen
Rückfallen
und zwar nicht beliebig, sondern möglichst im
Schlussstand mit gestreckten Beinen und nach
vorne gestreckten Armen bei eingezogener
Brust und eingezogenem Bauch in leichter
Vorlage
durch nach hinten Schieben des
Gesäßes, dabei Arme abschwingen und
Oberkörper senken und zusätzlich die
Beine gestreckt lassen
Aktionsmodalitäten - Handstütz-Überschlag rückwärts
-
Die Bewegung liegt vor, sie ist benannt, beschrieben, dargestellt und
muss jetzt analysiert werden, wie?
Mit Funktion bezeichnet man den Zweck, den ein Teil innerhalb eines geordneten
Ganzen zu erfüllen hat.
Beispiel Speerwurf:
Aufgabe des sukzessiven Vorpeitschen von Oberarm, Unterarm und Hand ist
es, … dem Go-and-Stop-Prinzip entsprechend eine größere Wurfweite zu
erreichen
Teil 3: Die funktionale Bewegungsanalyse
Funktionsanalyse ist die systematische Suche nach jenen Bestandteilen, die
zum lösen einer Bewegungsaufgabe einen Zweck erfüllen.
Schwerpunktthema „Werfen“
Bei jedem Wurf ist zu klären, wozu die einzelnen Bewegungsbestandteile ausgeführt werden.
Dazu gibt es die Haupt- und Hilfsaktionen in Tabellenform auf den Seiten 112, 115 und 118.
Aber auch die biomechanische Kenntnisse sind sehr wichtig!
Translation und Rotation
Der Trägheitssatz – 1. Newton‘sche Gesetz(Jeder Körper ist träge und behält seine Richtung und Geschwindigkeit bei.)
Das dynamische Grundgesetz – 2. Newton‘sche Gesetz(Kraft ist die Ursache für Richtungs- oder Geschwindigkeitsänderung.)
Das Wechselwirkungsgesetz – 3. Newton‘sche Gesetz (actio = reactio)
Gleichgewicht und Drehmoment (Hebel, Körperschwerpunkt, …)
Impuls und Drehimpuls (Kraftstoß und Impulssatz, Kraft-Zeit-Kurven, …)
Erhaltungssätze (Impulserhaltung, Impulsübertragung, …)
Prinzip der Anfangskraft
Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges
Go-and-Stop Prinzip
Teil 4: Biomechanische Größenund Gesetze
Nicht relevant für das
Abitur 2021 und 2022!!!
Teil 5: AnwendungsfeldSpringen / Abspringen
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Ausgangspunkt ist die Wurfvielfalt im Sport.Um nicht jeden einzelnen Wurf zu behandeln,bildet man Gruppierungen.
morphologische Betrachtungsweise(an der Wurfgestalt ausgerichtet)
funktionale Bewegungsanalysen dieser 3 Grundformen(nicht für jeden einzelnen Wurf)
(bio-)mechanische Betrachtungsweise(drei mechanischen Wurfprinzipien)
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Einteilung in drei Grundformen
Kennzeichen der jeweiligen Grundform
Unterformen
Die Gestalt der Wurfbewegung liefert eine brauchbare Ordnung
Die äußere Form – die Bewegungsgestalt – ergibt die OrdnungSchlagwürfe Drehwürfe Druckwürfe
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Kennzeichen der Schlagwürfe:
• Das Wurfobjekt wird von hinten am Kopf vorbei nach vorne beschleunigt
• Die Bewegungsebene liegt in der Sagittalebene
• Es wird erst der Oberarm, dann der Unterarm und am Ende dieHand beschleunigt
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Kennzeichen der Drehwürfe:
• Das Wurfobjekt wird auf einem Kreis oder einer kreisähnlichen Bahn beschleunigt
• Der Wurfarm bleibt im Ellenbogen gestreckt
• Die Bewegungsebene ist meisteine Transversalebene
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Kennzeichen der Druckwürfe:
• Das Wurfobjekt wird nur über Druck vom Wurfarm beschleunigt
• Die Wurfbewegung führt nur vom Körper weg, weil ...
• … sie in Körpernähe beginnt, der Wurfarm daher anfangs gebeugt ist und zur Druckerzeugung vom Körper weg gestreckt wird
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Die Grundformen können genauer erklärt werden,wenn wir zur
funktionalen Betrachtungsweise
übergehen und die Würfe funktional analysieren.
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Die Arbeitsschritte sind dabei:
Bewegungsaufgabe bestimmen
Bestandteile der Bewegung ermitteln, für uns sind das die (nützlichen) Aktionen (was?) und ihre Modalitäten (wie?)
Bestandteile funktional belegen, also mit einer
Funktion verbinden (wozu?)
Hauptaktion – Stoßen Funktion
Strecken des gebeugten Stoßarmsmit Nachklappen der Hände, um …
Dabei mit maximalem Krafteinsatz agieren, um …
eine maximale Abwurf-geschwindigkeit zu erreichen.
Den kurzen Beschleunigungsweg(etwa eine Armlänge) voll zu nutzen.
Unterstützende Hilfsaktion –In Schrittstellung stoßen
Während des Ausstoßens Schrittstellung einhalten,um …
einen optimal langenBeschleunigungswegzu erreichen.
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Die Grundformen können mit Hilfe der Physik
geordnet werden, in dem man sie biomechanisch
betrachtet und sie durch drei mechanische
Wurfprinzipien ordnet.
• Hebelprinzip
• Go-and-Stop Prinzip
• Schleuderprinzip
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Hebelprinzip
Je länger der Beschleunigungs-
weg, desto größer die Abflug-
geschwindigkeit
Je größer die Lastkraft, desto
größer ist die Wurfkraft und
damit auch die erreichbare
Abfluggeschwindigkeit
Je länger die Zeit ist der einwirkenden Kraft,
desto größer ist die Abfluggeschwindigkeit
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Hebelprinzip
Verbesserung der Wurfweite
Die Fläche unter der Kraft-Zeit-Kurve liefert die Größe
des Kraftstoßes und ist damit auch ein Maß für die
durch den Stoß erreichte Geschwindigkeitsänderung!
(Δp = F ∙ Δt = m ∙ Δv)
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Hebelprinzip
Verbesserung der Wurfweite
Größere Änderungen sind durch entsprechende
Änderungen des Kurvenverlaufs zu erreichen
Prinzip der Anfangskraft
Prinzip des optimalen Beschleunigungswegs
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Hebelprinzip
Verbesserung der Wurfweite
vgl. Kraftzeitkurven
Seite 57ffvgl. S.122
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Hebelprinzip
Situationen aus der Sportpraxis:
Unterarmwürfe wie z. B.
• Jonglierwürfe
• Dartwürfe
• kurzer Passwurf im Handball
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Go-and-Stop Pinzip
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Ballwurf
Go-and-Stop Prinzip
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Go-and-Stop Prinzip
Verbesserung der Wurfweite
Durch moderne Technik mit
besonderen Geräten (Tensor-
speer) ist es inzwischen
möglich Daten über die
Wurfkraft zu bekommen.
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Go-and-Stop Prinzip
Verbesserung der Wurfweite
Erkenntnis:
Objektnahe Körperteile
dürfen in keinem Fall zu
früh eingesetzt werden!
(vgl. Seite 127)
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Schleuderprinzip
Zentripetalkraft …
Tagentialkraft …
… ist die Kraft, die das
Objekt auf die Kreisbahn
zwingt (beschleunigt).
… ist die Kraft, die das Objekt
auf der Kreisbahn beschleunigt
(und dadurch schneller macht).
Vektorielle Zerlegung
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Schleuderprinzip
Verbesserung der Wurfweite
b) Vergrößerung des
Beschleunigungswegs
c) Vergrößerung der
Tangentialkraft
a) Vergrößerung des Abstands
Drehachse – Wurfobjekt
Die Flugbahn
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Unter idealen Bedingungen
Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=AVVPgL5z-ww
Die Flugbahn
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Unter idealen Bedingungen
Abwurfwinkel
Abwurfgeschwindigkeit
Welche Größen bestimmen die Wurfbahn?
Die Flugbahn
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Einfluss von Wind
Der Effekt ist abhängig von
der Form des Fluggeräts
(Stirnwiderstandkraft)
(vgl. Kugel, Speer,…)
Flugbahn wird gestaucht (Gegenwind)
oder gestreckt (Rückenwind)
Doppelte Windgeschwindigkeit
bedeutet 4-fache Kraft
(quadratische Abhängigkeit)
Die Flugbahn
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Einfluss von Eigenbewegung
Bsp.: Drall
Der Einfluss von Drall auf das Prellverhalten
Vor allen Dingen in Sportarten wie Tennis,
Tischtennis oder Golf von großer
Bedeutung.
Aber auch der Basketball sollte mit
Rückwärtsrotation geworfen werden.
https://www.youtube.com/watch?v=crKwlbwvr88
https://www.youtube.com/watch?v=k8F4l_JvAH4
Die Flugbahn
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Abwurfwinkel
vgl. Flugparabel
(Folie 38)
Anstellwinkel
Ist der Anstellwinkel positiv (Speer zu steil) dann stellt
die Windkraft den Speer weiter auf.
Ist der Anstellwinkel negativ (Speer zu flach) dann
drückt die Anströmung die Speerspitze sofort erdwärts.
Quelle: http://wiki.ifs-tud.de/biomechanik/dynamik/aeussere_kraefte
Die Flugbahn
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Eintrittswinkel
EW beträgt 90°,
wenn der Ball
senkrecht in den
Ring fällt.
Je flacher die Flugkurve (je kleiner der EW) umso
weniger Spielraum hat der Ball um durch den Ring
zu gehen. (Grenzwinkel bei 32°)
GeoGebra AppletQuelle: http://www.limillimil.de/backend/dateien/192_0wurf.jpeg https://www.geogebra.org/m/jF46rruE
Die Flugbahn
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Wirkung von Wurfkräften und KSP
Würfe, bei denen das Wurfobjekt
keine Rotation erhalten soll,
können nur dann erreicht werden,
wenn die Wurfkraft durch den
KSP des Wurfobjekts geht.
Würfe mit Rotation können
dann erreicht werden, wenn
die Wurfkraft am KSP des
Wurfobjekts vorbei geht. vgl. 3.4.2 Nichtzentraler
Kraftstoß (Seite 60f)
Teil 4: 3.4 Gesetz zur Krafteinwirkung
Biomechanische Größen
Kraft
Wenn Kräfte wirken ...
… bewegt sich etwas!
(oder es wird etwas verformt)
Wirkt auf einen Körper eine Kraft F, so erfährt dieser eine
Geschwindigkeitsänderung (d. h. er wird beschleunigt) oder
eine Richtungsänderung.
Als Formel: F = m ∙ a
Kraft = Masse ∙ Beschleunigung
(vgl. Seite 49ff)
Teil 4: 3.2 Grundgesetze
Biomechanische Größen
Impuls (vgl. Seite 48f)
Impuls ist umso größer…
… je größer die
Geschwindigkeit
des Körpers ist
Impuls = Masse ∙ Geschwindigkeit
…je größer die Masse
des Körpers ist
Als Formel: p = m ∙ v
Quelle: www.funny-pix.de
Teil 4: 3.2 Grundgesetze
Biomechanische Größen
Kraftstoß (Impulsänderung) (vgl. Seite 58f)
Zusammenstoß - Stoß in die Rippen – Abstoß – Freistoß – Strafstoß – Billardstöße ...
Kraftstoß ist die Bezeichnung für die Änderung des Impulses
Kraft ändert den Impuls,
je…
… größer ihr Betrag ist
… länger sie einwirkt
Quelle: http://picasaweb.google.com/lh/photo/Io_1bck4xRRlbkRXWTLA2gAls Formel: Δp = F ∙ Δt
Impulsänderung = Kraft ∙ Zeitdauer
Teil 4: 3.2 Grundgesetze
Biomechanische Größen
Kraftstoß (Impulsänderung) (vgl. Seite 57ff)
Kraft-Zeit-Diagramme
Δp = F ∙ Δt
Δp
Teil 4: 3.3 Gleichgewicht und Drehmoment
Biomechanische Größen
Drehmoment (vgl. Seite 53)
Kraft
Kraftarm
r
Wirkungslinie
…wenn Kraft eine Drehwirkung erzeugt
Das Drehmoment ist abhängig
• vom Betrag der Kraft F
• von der Kraftrichtung
• vom Abstand r der Drehachse
zur Wirkungslinie der Kraft
(Kraftarm)
Teil 4: 3.3 Gleichgewicht und Drehmoment
Biomechanische Größen
Drehmoment
Kleinerer Kraftarm r
kleineres Drehmoment
Kleinerer Kraftarm r
und kleinere Kraft F
kleineres Drehmoment
r
Wirkungslinie
Formel: Drehmoment = Kraft ∙ Kraftarm
Teil 4: 4. Biomechanische Prinzipien
Biomechanische Größen
Prinzip der Anfangskraft
Eine sportliche Bewegung, bei der
der Sportler oder das Sportgerät
eine hohe Endgeschwindigkeit
erreichen soll, ist durch eine
entgegengesetzt gerichtete
Bewegung einzuleiten. Dabei ist
die einleitende Bewegung flüssig
in die (Haupt-) Bewegung
überzuführen.
(vgl. Seite 64)
Teil 4: 4. Biomechanische Prinzipien
Biomechanische Größen
Prinzip der Anfangskraft (vgl. Seite 64)
Bodenreaktionskraft kleiner als G
Gewichtslinie
Max. Abwärtsgeschwindigkeit
Ende Abwärtsbewegung
A1=A
2
Anfang Aufwärtsbewegung
A3= Beschleunigungsstoß
Max. Aufwärtsgeschwindigkeit
Ende Absprung-bewegung
Teil 4: 4. Biomechanische Prinzipien
Biomechanische Größen
Prinzip optimaler Beschleunigungsweg (vgl. Seite 67)
Bei einer sportlichen
Bewegung, bei der der
Sportler oder das Sportgerät
eine hohe
Endgeschwindigkeit
erreichen soll, ist auf einen
optimal langen
Beschleunigungsweg zu
achten.
Teil 4: 4. Biomechanische Prinzipien
Biomechanische Größen
Go-and-Stop Prinzip (vgl. Seite 68)
Beine, Rumpf und Arme werden nie gleichzeitig, sondern
nacheinander bewegt.
Das Prinzip:Die zur Beschleunigung eingesetzten Körperteile sind stets so zu bewegen, dass zum Objekt (Wurfgerät) hin ein sukzessives Beschleunigen und Abstoppen stattfindet.
von objektfern (Knie) zu objektnah (Unterarm)
Drei ZugangsweisenMorphologisch – funktional - biomechanisch
Teil 6: Anwendungsfeld Werfen
Schleuderprinzip
vgl. Kraft
als Vektor
(Seite 56)
Teil 4: 3.3.4. Kraft als Vektor
Biomechanische Größen
Kraft als Vektor (vgl. Seite 56)
Kann Körper verformen
Den Bewegungszustand eines Körpers verändern
Kräfte sind eindeutig festgelegt durch:
einen Betrag
eine Richtung
einen Angriffspunkt
F1
F2
F1
F2
F1 + F2
F1
F1 + F2 = Fres F1
F2
F1 + F2F1
F2
Kräfteaddition
F2