Die biomechanischen Prinzipien

Im Allgemeinen versteht man unter dem Begriff biomechanische Prinzipien die Ausnutzung der mechanischen Gesetzmäßigkeiten für sportliche Leistungsoptimierung.

Anzumerken ist, dass die biomechanischen Prinzipien nicht zur Technikentwicklung, sondern nur zur Technikverbesserung.

HOCHMUTH entwickelte sechs biomechnische Prinzipien zur Ausnutzung mechanischer Gesetzmäßigkeiten für sportliche Belastungen.

Wird der Hauptbewegung eine Bewegung entgegengesetzt der eigentlichen Richtung vorgeschaltet, muss diese Bewegung abgebremst werden. Durch dieses Abbremsen entsteht ein Kraftstoß (Bremskraftstoß). Dieser kann für die Beschleunigung des Körpers oder des Sportgerätes dann genutzt werden, wenn die Hauptbewegung unmittelbar auf diese „Ausholbewegung“ folgt.

Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges, als eines der biomechanischen Prinzipien zielt darauf, dem Körper, Teilkörper, oder einem Sportgeräte eine maximale Endgeschwindigkeit zu vermitteln. Da es sich jedoch bei der Biomechanik um physikalische Gesetzmäßigkeiten im Bezug auf den menschlichen Organismus handelt, ist der Beschleunigungsweg auf Grund von muskelphysiologischen Gegebenheiten und Hebelverhältnissen nicht maximal, sondern optimal.
Beispiel: Der Beschleunigungsweg beim Hammerwurf könnte durch zusätzliche Drehbewegungen um ein vielfaches verlängert werden, dies ist jedoch unökonomisch. Ein zu tiefes Hocken beim Strecksprung führt zwar zur Verlängerung des Beschleunigungsweges, bewirkt jedoch ungünstige Hebelverhältnisse und ist somit nicht zweckmäßig.

In der neueren Sportwissenschaft bezeichnet man dieses Gesetz als Prinzip der Tendenz des optimalen Beschleunigungsweges (HOCHMUTH). Im Vordergrund steht nicht das Erreichen einer maximalen Endgeschwindigkeit, sondern die Optimierung des Beschleunigungs- Zeit- Verlaufes. Beim Kugelstoßen spielt die Dauer der Beschleunigung keine Rolle, es geht lediglich um das Erreichen der Endgeschwindigkeit, beim Boxen hingegen ist es wichtiger, den Arm möglichst schnell zu beschleunigen, um Ausweichaktionen des Gegners zu unterbinden. Somit kann beim Kugelstoß der Beginn der Beschleunigung gering gehalten werden und erst gegen Ende der Bewegung liegt eine hohe Beschleunigung vor.

Ein Impuls ist der Bewegungszustand in Richtung und Geschwindigkeit [p=m*v].

Bei diesem Prinzip gilt es wieder zu unterscheiden in Koordination von der gesamten Körpermasse (Hochsprung) oder der Koordination von Teilkörpern (Speerwurf).
Im engen Zusammenhang mit den koordinativen Fähigkeiten (speziell Kopplungsfähigkeit) müssen alle Teilkörperbewegungen/ Teilimpulse zeitlich, räumlich und dynamisch koordiniert werden. Am Beispiel Aufschlag im Tennis wir dies gut erkennbar. Der Tennisball kann nur dann eine hohe Endgeschwindigkeit erreichen (230 km/h) wenn die gesamten Teilimpulse zeitlich unmittelbar aufeinander folgen. Das Resultat der hohen Zuschlagbewegung beim Aufschlag beginnt mit dem Strecken der Beine, daraufhin erfolgt eine Drehung des Oberkörpers und die eigentliche Zuschlagbewegung des Armes. Die einzelnen Teilimpulse werden bei ökonomischer Ausführung addiert.
Des Weiteren ist zu beachten, dass die Richtungen der einzelnen Teilimpulse gleichgerichtet sind. Hierbei muss wieder ein Kompromiss zwischen anatomischen und mechanischen Gesetzmäßigkeiten gefunden werden.

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Das Prinzip der Gegenwirkung als eines der biomechanischen Prinzipien basiert auf das dritte Newtonsche Gesetz der Gegenwirkung.
Es besagt, dass eine entstandene Kraft immer auch eine entgegengesetzte Kraft von gleicher größer in entgegengesetzter Richtung erzeugt. Die Kräfte, die auf die Erde übertragen werden, können aufgrund der Masse der Erde vernachlässigt werden.
Beim Gehen wird gleichzeitig zum rechten Fuß, der linke Arm nach vorne gebracht, da der Mensch in der horizontalen keine Kräfte auf die Erde übertragen kann. Ähnliches ist beim Weitsprung zu beobachten. Der Athlet bewirkt durch das nach vorne bringen des Oberkörpers gleichzeitig ein Anheben der unteren Extremitäten und verschafft sich somit Vorteile in der Sprungweite. Weiter Beispiele sind der Schlagwurf im Handball oder Vorhand beim Tennis. In Anlehnung an diesem Prinzip erfolgt das Prinzip des Drehrückstoßes. Als Beispiel kann man vorstellen, man steht vor einem Abhang. Bekommt der Oberkörper Vorlage, so beginnen die Arme nach vorne zu kreisen, um einen Impuls auf den Oberkörper zu erzeugen. Da die Masse der Arme geringer ist als die des Oberkörpers, müssen diese in Form von schnellen Kreisen erfolgen.

Zur Erläuterung dieses Prinzip analysieren wir einen Salto mit gestreckter und gehockter Körperhaltung. Die Achse um die der Turner einen Salto springt, bezeichnet man als Körperbreitenachse. Bei gestreckter Körperhaltung befindet sich viel Körpermasse von dieser Drehachse entfernt. Dadurch wird die Drehbewegung (Winkelgeschwindigkeit) verlangsamt und der Salto ist nur schwer ausführbar. Werden nun durch Anhocken Körperteile an die Drehachse gebracht, erhöht sich die Winkelgeschwindigkeit und der Ausführung des Saltos wird vereinfacht. Gleiches Prinzip gilt auch bei Pirouetten im Eiskunstlauf. Die Drehachse ist in diesem Fall die Körperlängsachse. Durch das Annähern von Arme und Beine an diese Drehachse erhöht sich die Drehgeschwindigkeit.

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Beim Hochsprung kann man die einzelnen Bewegungsabläufe mit den biomechanischen Prinzipen in Einklang bringen.
Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges findet sich im Anlauf wieder, der kurvenförmig nach vorne verlaufen muss, um einen optimalen Absprungpunkt zu treffen. Dabei spielt auch das Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen eine wichtige Rolle. Der Stemmschritt ist immens wichtig und entscheidet über die Flugbahn nach dem Absprung. Die Prinzipien der Impulsübertragung und der Anfangskraft spielen hier eine Wichtige Rolle. Sie sorgen dafür, dass der Athlet die optimale Kraft beim Absprung auf den Boden bringt und den Schwung aus dem Anlauf mitnimmt.

Bei der Überquerung der Latte findet eine Drehung statt die auf das Prinzip der Gegenwirkung und des Drehrückstoßes zurückzuführen ist. Beim Absprung wird der Körper in seitlicher Lage über die Latte gedreht und anschließend auf dem Rücken abgefangen.

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Beim Turnen und bei turnerischen Übungen kommen ebenfalls gleich mehrere biomechanische Prinzipien zur Geltung. Von besonderer Bedeutung sind Drehbewegungen und Schwünge. Diese folgen den Prinzipien des optimalen Beschleunigungsweges. Auch verschiedene Sprünge sind häufig durchgeführte Bewegungen beim Turnen. Hierbei finden wir das Prinzip der maximalen Anfangskraft wieder, ebenso wie das des optimalen Beschleunigungsweges. Zuletzt müssen die einzelnen Teilbewegungen zu einer flüssigen Abfolge vereint werden, was dem Prinzip der Koordination von Teilimpulsen entspricht.

Beim Aufschlag des Badmintons lassen sich die Prinzipien auch anwenden. Die Ausholbewegung folgt dem Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges und dem Prinzip der Anfangskraft. Das Prinzip der Impulserhaltung ist wichtig, damit der Schwung auch auf den Ball übertragen werden kann. Hier hilft auch das Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen. Wenn der Schlag vollendet ist wird die Bewegung mit Hilfe des Prinzips der Gegenwirkung und des Drehrückstoßes abgefangen.

Beim Tennis Aufschlag verhält es sich sehr ähnlich zu dem des Badmintons. Viele von den biomechanischen Prinzipien greifen ineinander und sorgen so für eine optimale Ausführung der Bewegung. Beim Tennis ist es besonders wichtig auf optimale Bewegungsabläufe zu achten, da Fehler auf Grund der Schnelligkeit des Spiels sehr viel Energie kosten können. Daher sind diese Prinzipien im Training sehr wichtig und können im Wettkampf über Sieg oder Niederlage entscheiden.

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Beim Sprint geht es vor allem um die Prinzipien der Anfangskraft, des optimalen Beschleunigungsweges, der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen und dem Prinzip der Impulserhaltung. Das Prinzip der Gegenwirkung und des Drehrückstoßes findet hier kaum Anwendung.
Der Start muss kraftvoll und zielgerichtet erfolgen. Der Bewegungsablauf der Beine muss in einer optimalen Frequenz und Schrittlänge möglichst bis in Ziel eingehalten werden.
Dieses Beispiel veranschaulicht sehr schön, wie wichtig die biomechanischen Prinzipien für Bewegungen sein können.

Im Schwimmen sind die biomechanischen Prinzipien bei den unterschiedlichen Schwimmstilen leicht verändert anzuwenden.
Hier wird das Beispiel Brustschwimmen vorgestellt, da es die am weitesten verbreitete Schwimmart ist. Das Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen entspricht der zyklischen Bewegung von Armen und Beinen mit gleichzeitiger Atmung (Kopf über und unter Wasser).
Das Prinzip der Impulsübertragung spiegelt sich darin wieder, dass gute Schwimmer den Schwung aus den einzelnen Schlägen (Armbrustschlag und Beinbrustschlag) optimal mitnehmen und den Vortrieb für den nächsten Zug nutzen.

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Beim Weitsprung verhält es sich ähnlich zum Hochsprung. Unterschiedlich ist die Art des Anlaufs. Er ist nicht wie beim Hochsprung kurvenförmig angeordnet, sondern linear auf die Sprunggrube. Das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges spielt hier eine große Rolle. Außerdem findet das Prinzip der Impulsübertragung ebenso Anwendung wie das Prinzip der Anfangskraft, ohne die der Start gar nicht erst möglich wäre.

Am Ende des Anlaufs angekommen führt der Springer einen Stemmschritt durch und nutzt das Prinzip der Gegenwirkung und der Impulsübertragung und drückt sich in die Flugbahn in Richtung Sprunggrube ab. Im Flug wirft der Springer die Beine und Arme nach vorne und nutzt so das Prinzip der Impulsübertragung, um noch weiter zu fliegen.

Beim Kugelstoßen spielen verschiedene biomechanische Prinzipien eine Rolle. Um eine große Weite beim Stoß zu erreichen, ist es entscheidend möglichst viel Kraft auf die Kugel zu übertragen, um eine hohe Wurfgeschwindigkeit zu erreichen. Dies bezeichnen wir als Prinzip der maximalen Anfangskraft. Eine höhere Abstoßgeschwindigkeit wird außerdem durch das Ausholen und die dadurch erzielte Verlängerung des Beschleunigungswegs erreicht. Dies ist das Prinzip des optimalen Beschleunigungswegs. Zuletzt ist eine optimale Abstimmung der Teilphasen der Bewegung beim Kugelstoßen wichtig, ein unsauberer Übergang beispielsweise wirkt sich negativ auf die Stoßweite aus. Dies kennen wir als Prinzip der Koordination von Teilimpulsen.

Beim Volleyball handelt es sich um eine dynamische Sportart mit verschiedensten Elementen, darunter Schlag-, Sprung- und Laufelementen. Prinzipiell können alle biomechanischen Prinzipien im Volleyballspiel gefunden werden. Das Prinzip der Anfangskraft und des optimalen Beschleunigungswegs finden wir beispielsweise beim Aufschlag. Das Prinzip der Koordination von Teilimpulsen definiert beispielsweise den saubere Sprung und sauberen Schlag bei einem Schmetterball. Mit dem Prinzip der Gegenwirkung wird der Schmetterschlag erläutert, der Aufprall des Balles resultiert in dem Abprall von den Händen. Das Prinzip der Impulsübertragung kommt bei dem Passspiel zur Geltung.

Die biomechanischen Prinzipien sind auch beim Hürdenlauf von großer Bedeutung. Das Prinzip der maximalen Anfangskraft beschreibt so beispielsweise den Abstoß vor der Hürde, der die Sprunghöhe maximiert. Um den Start eines Hürdenläufers zu optimieren, kommt das Prinzip des optimalen Beschleunigungsweges zur Geltung, dabei spielt die Gewichtsverlagerung und die Kraftwirkung beim Abdruck vom Block eine große Rolle. Die Teilbewegungen beim Hürdenlauf müssen optimal koordiniert werden, um einen Erfolg zu garantieren. Dies folgt dem Prinzip der optimalen Koordination von Teilimpulsen. Das Prinzip der Gegenwirkung kommt zur Geltung sobald der Läufer nach dem Absprung wieder auf dem Bein landet und durch Streckung des Oberkörpers das Gleichgewicht erhalten wird.