BW1 VL04 1 Körperschwerpunkt

Hallo! Beim letzten Mal haben wir festgestellt, dass es bei sportlichen Bewegungen, wenn man eine funktionale Sichtweise annimmt, darum geht, bestimmte Bewegungsaufgaben zu lösen. Und diese optimale Lösung von Bewegungsaufgaben hängt von vielen verschiedenen Bedingungen ab. Und eine ganz zentrale Bedingung ist die physikalische Welt, in der wir uns bewegen und der physikalische Körper, mit dem wir Bewegungen ausführen. Und diese physikalischen Randbedingungen an die Bewegungsproduktion und Bewegungslösung, die wird im Wesentlichen von der Biomechanik untersucht. Und deswegen werden wir uns heute viel mit der Biomechanik als eine Randbedingung zum Lösen von Bewegungsaufgaben beschäftigen.

Ich habe heute mal einen Besuch mitgebracht, denn dieser Besuch, der sitzt schon die ganze Zeit bei mir zuhause rum und fragt mich, was machst du denn da immer so mit den Studenten? Und da habe ich gesagt, na gut, ich nehme dich einfach mal in die Vorlesung mit. Das ist hier Froschi. Froschi sitzt sonst immer nur in der Ecke und darf nicht mitmachen und hat jetzt gesagt, er möchte mal dabei sein.

Ja, ich möchte auf alle Fälle dabei sein, juhu, das ist so schön! Warum hast du denn eine Maske auf? Ja, ich habe eine Maske auf, weil ich dich ja sonst anstecken könnte, es ist ja Coronazeit. Ach ehrlich? Und außerdem habe ich natürlich eine Maske auf, weil ich nicht so cool bin wie Sascha Grammel und so schön Bauchreden kann, sondern weil sich mein Mund immer bewegt, wenn ich mit dir rede, und wenn sich dieser Mund bewegt, dann sieht das ein bisschen blöd aus. Und daher habe ich jetzt einfach die Maske genommen, und dann sieht man hoffentlich nicht ganz so doll, dass sich mein Mund auch bewegt, wenn du redest. Ja, ich glaube, das stimmt schon so einigermaßen. Gut, aber jetzt kommen wir mal ein bisschen zur Biomechanik. Was macht denn die Biomechanik ganz genau?

Biomechanik ist ein Wort, das aus zwei Teilworten zusammengesetzt ist, einmal Bio und einmal Mechanik. Und Mechanik kommt aus dem griechischen mearche, und deutsch heißt das sowas wie Maschine, Kunstgriff, Wirkungsweise oder so. In der Physik ist die Mechanik eine Teildisziplin, die sich mit der Bewegung als Erscheinung in Raum und Zeit beschäftigt, und sie kümmert sich eben um die Ursachen von Bewegungen, allerdings im Wesentlichen von Bewegungen von toter Materie, natürlich auch Bewegungen lebender Materie, aber sozusagen das Leben oder die Randbedingungen, die dadurch gegeben werden, dass Lebewesen sich bewegen, die wird von der Mechanik nicht besonders betrachtet, deswegen kommt im Sport das Bio dazu. Und Bio bedeutet ja Leben, und Biomechanik beschäftigt sich also mit der Bewegung von Lebewesen und beachtet die biologischen Voraussetzungen und Einschränkungen. Ich habe da auch mal eine kleine Definition mitgebracht.

Unter Sportbiomechanik verstehen wir diejenigen Teildisziplinen der Sportwissenschaft, in der die sportliche Bewegung sowie der Körper des sich bewegenden Menschen aus der Perspektive der Physik betrachtet werden. Sie umfasst als äußere Sportbiomechanik die physikalische Betrachtung des menschlichen Körpers in Interaktion mit seiner physischen Umwelt und als innere Sportbiomechanik die physikalische Betrachtung des menschlichen Körpers bei der Ausübung von sportlichen Bewegungen.

Wozu braucht man die Biomechanik? Zum Einen erwirbt man dadurch ein theoretisches Verständnis der Grundlagen menschlicher Bewegungen, und man kann auch Fehler und deren Bedeutung oder Gewichtung über biomechanische Überlegungen gewinnen, und man kann die funktionale Bedeutung von Teilbewegungen erkennen. Das haben wir in der letzten Sitzung schon einigermaßen mitbekommen, dass man da funktional-biomechanisch begründen kann, warum denn eine Teilaktion besonders wichtig ist. Und natürlich kann man auch das Technikleitbild an verschiedene körperliche Bedingungen von Athletinnen und Athleten anpassen. Man kann also z.B. gucken, ob ein Herr Hambüchen einen dreifachen Salto als Abgang vom Reck eigentlich theoretisch schaffen könnte oder ob ihm das aufgrund seiner körperlichen Bedingungen nicht möglich ist. Da wird dann ein Modell von dem Herrn Hambüchen entwickelt, und dieses Modell wird am Rechner turnen gelassen, und dann guckt man, ja, unter den und den Bedingungen geht das, aber wenn die nicht erfüllt sind, geht es eben nicht.

Das einfachste Modell, was ich euch jetzt zeigen möchte, ist der sogenannte Körperschwerpunkt. Da wird der Körper genommen und sozusagen auf einen einzigen Massepunkt reduziert. Das ist aber komisch. Ja, das ist in der Physik so. Da abstrahiert man von sämtlichen, nicht relevanten Bedingungen und guckt sich bei Bewegungen von Massen tatsächlich nur einen Punkt an. Ich möchte aber nicht nur auf einen Punkt reduziert werden. Hmm, das ist aber in dem Zusammenhang mit der Physik relativ sinnvoll. Natürlich kann ich schon verstehen, dass du mit deinem gesamten Froschsein nicht auf einen einzigen Punkt reduziert werden möchtest, aber das sind Sichtweisen auf den Sport, die vor allem in der Sportpädagogik behandelt werden. Da kannst du dich mit deinem Froschsein und der Bewegung einbringen. Hier in der Physik reduzieren wir dich jetzt einfach mal auf einen Punkt. Gut.

So, wenn wir uns jetzt mal angucken, wo denn dein Körperschwerpunkt ist, Froschi, dann gucke ich mal hier, ob ich so ein Zeichenbrett finde, ja, ich habe hier einen Stift, so, und dein Körperschwerpunkt ist der Punkt, wo sozusagen alle Massenpunkten deines Körpers sich vereinigen, und der wäre ungefähr hier. -Aua!- Ich hab doch nicht so doll gedrückt. Der ist hier in der Mitte, und der Körperschwerpunkt verändert sich aber, wenn du deine Lage im Raum verändert. Wenn du also z.B. den Arm da ausstreckst, dann wandert der Körperschwerpunkt auch nach rechts. Und wenn du den Arm hier ausstreckst, wandert der Körperschwerpunkt nach links. Und wenn du z.B. eine solche Position einnimmst, dann wandert der Körperschwerpunkt tendenziell eher nach unten. Und wie das genau funktioniert, das erkläre ich dir jetzt hier in den nächsten Folien. Pass gut auf!

Wir haben hier, ich mache mal den Laserpointer an, wir haben hier den Körper des Menschen und haben da Teilkörper, nein, Körperteile, und haben Körperteile genommen, z.B. hier den Fuß, der geht von dem vorderen Fußgelenk bis zum hinteren Fuß, also bis zum Sprunggelenk, von den Zehen bis zum Sprunggelenk, und hat hier irgendwo einen Massenschwerpunkt. Und auch der Unterschenkel hat hier einen Massenschwerpunkt, und der Oberschenkel hat hier auch einen Massenschwerpunkt. Und diese Schwerpunkte, die werden alle zusammen vektoriell addiert. Und zwar je nachdem, wie viel Anteil sie an dem Gesamtgewicht haben. Wenn wir hier gucken, dann passiert genau das Gleiche, und dann haben wir hier den Körperschwerpunkt, weil das Bein so nach hinten gestreckt ist, ein bisschen weiter nach links verlagert, und da sieht man auch, der Körperschwerpunkt muss nicht zwingend innerhalb des Körpers sein, sondern der Körperschwerpunkt kann auch ein Punkt sein, der außerhalb des Körpers liegt, er ist ein gedachter Punkt. Jetzt nehme ich doch mal die Maske ab, das ist doch ein bisschen anstrengend, und vielleicht versteht man mich so auch besser.

Der Körperschwerpunkt ist also der Angriffspunkt der resultierenden aller Teilgewichtskräfte des Körpers und ein theoretischer Punkt. Wenn man ihn berechnen will, dann muss man sich hier angucken, wie viel in Relation zum gesamten Gewicht das relative Gewicht der einzelnen Körperteile ist, weil das spielt dann eine Rolle, wenn man die einzelnen Körperstückteilschwerpunkte addiert. Ich mach das mal hier an diesem Beispiel deutlich. Das ist das gleiche Männchen, was wir eben hatten, ich habe es nur ein bisschen quer gelegt. Und dann nehmen wir uns zuerst einmal den Fuß hier und den Unterschenkel. Und der Fuß hat den Schwerpunkt hier, der Unterschenkel hat den Schwerpunkt hier, und wir verbinden diese beiden Punkte durch eine Gerade. Und auf dieser Gerade liegt der gemeinsame Schwerpunkt von Fuß und Unterschenkel, und weil der Unterschenkel ein bisschen schwerer ist als der Fuß, liegt der ein bisschen näher am Schwerpunkt des Unterschenkels als am Schwerpunkt des Fußes, hier zum Beispiel. Jetzt nehme ich diesen Schwerpunkt, den gemeinsamen Schwerpunkt von Fuß und Unterschenkel, und verbinde ihn mit dem Schwerpunkt des Oberschenkels. Und da der Oberschenkel ein bisschen schwerer ist als Fuß und Unterschenkel zusammen, liegt der gemeinsame Schwerpunkt auch ein bisschen mehr am Oberschenkel-Schwerpunkt, der soll ungefähr hier liegen. Und so mache ich das Spiel jetzt weiter. Ich mache das Gleiche mit dem anderen Bein und komme dann auf den Schwerpunkt, den Teilkörperschwerpunkt des linken Beins, und hier habe ich einen Teilkörperschwerpunkt des rechten Beins. Und jetzt könnte ich z.B. beide Beine verbinden und habe dann hier den Teilkörperschwerpunkt beider Beine. Und wenn ich das dann noch verbinde mit dem Teilkörperschwerpunkt des Rumpfs, die beiden Beine sind ein bisschen schwerer als der Rumpf, habe ich hier den gemeinsamen Teilkörperschwerpunkt des Unterkörpers und so weiter. Jetzt mache ich das, sagen wir mal mit den Armen ganz genauso, mit dem rechten Arm, mit dem linken Arm, verbinde die beiden, habe hier den Schwerpunkt der Arme, und nehme dann da noch den Kopf dazu, habe hier den Schwerpunkt von Armen und Kopf, und die beiden verbinde ich, und dann lande ich endlich beim Gesamtkörperschwerpunkt. Und das ist also hier der Gesamtkörperschwerpunkt. Und der Gesamtkörperschwerpunkt dient der biomechanischen Modellierung von Bewegungen und hilft dabei zu verstehen, wann Bewegungen funktional sind.

Eine Eigenschaft des Körperschwerpunkts ist z.B., Froschi, stell dich mal da auf den Rand des Buchs, ja, hier so, könnt ihr sehen, dass ein Buch ist? Und jetzt nimm mal die Arme ein bisschen nach vorne. -Ja, so?- Genau, und wenn du jetzt noch ein bisschen, und jetzt ist hier dann Teilkörperschwerpunkt ungefähr vorne an den Füßen, und wenn dieser Teilkörperschwerpunkt über den Rand geht, dann fällst du runter. Genau, das heißt, du bist in einem Gleichgewicht, wenn dein Körperschwerpunkt über der Unterstützungsfläche liegt. Und wenn er außerhalb der Unterstützungsfläche liegt, dann wirst du hinfallen. Das ist z.B. wichtig, wenn du auf dem Schwebebalken balancieren möchtest. Zweitens, die Flugbahn des Körperschwerpunkts ist unabhängig von der Position der Gliedmaßen. Das heißt, wenn du einmal abgesprungen bist, dann folgt dieser Körperschwerpunkt immer hier einer Parabel. Spring mal ab! Und der Körperschwerpunkt folgt immer dieser Parabel. Und das kannst du auch nicht ändern, selbst wenn du deine Gliedmaßen ganz merkwürdig bewegst. Also, wenn du jetzt nochmal abspringst und hier deine Gliedmaßen und alles mögliche bewegst, so bleibt der Körperschwerpunkt immer genau hier auf dieser Parabel, auch wenn sich Beine, Arme und Kopf einfach wild drum herum drehen. Man kann beeinflussen, wohin sich die Gliedmaßen drehen, aber man kann nicht die Flugbahn des Körperschwerpunkts beeinflussen. Ja, alle äußeren Kräfte, die angreifen, können auch auf den Körperschwerpunkt bezogen werden, die wichtigste äußere Kraft ist die Schwerkraft, daher kommt ja auch der Name Körperschwerpunkt, aber es gibt auch noch andere Kräfte wie Zentrifugalkräfte, die Zentripetalkräfte, die auch auf den Körperschwerpunkt wirken, und die kann man sich vorstellen, als ob sie alle am Körperschwerpunkt angreifen. Das war schon der erste Schnipsel.