Physik und Biomechanik Gesamtskript PDF

» Physik und Biomechanik Biomechanik 1 Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed  » Quellen Hüter-Becker, A. (2016). Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre [E-Book]. Georg Thieme...

» Physik und Biomechanik Biomechanik 1 Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed  » Quellen Hüter-Becker, A. (2016). Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre [E-Book]. Georg Thieme Verlag Schünke M. et al. (2022). Prometheus LernAtlas - Allgemeine Anatomie und Bewegungssystem. Georg Thieme Verlag © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 2  » Inhalt Geschichte der Biomechanik Einführung in das Lerngebiet Physikalische Größen Mechanik fester Körper Kräfte als Vektoren Reibung Druck & Zug Schiefe Ebene als Arbeitserleichterung Drehmoment Hebel und Hebelgesetze Freiheitsgrade Biomechanische Eigenschaften unterschiedlicher Gewebe Biomechanische Messverfahren © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 3 » Physik und Biomechanik Geschichte der Biomechanik Biomechanik  » Geschichte der Biomechanik - Antike Aristoteles (384-322 v. Chr.) ▪ Verständnis von menschlicher Bewegung über die Beobachtung von Tieren: – äußere Form des Körpers und ihr Einfluss auf Bewegung – Intensität & Wirkweise der Bewegungsursache – zu durchlaufende Strecke & Widerstand – Geschwindigkeit & Beschleunigung Archimedes (um 280 v. Chr.) ▪ „Archimedisches Prinzip“ Galen (131-201 n. Chr.) ▪ Begründer der Myologie © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 5  » Geschichte der Biomechanik - Mittelalter Leonardo da Vinci (1452-1512) ▪ Anwendung der Regeln der Mechanik auf die menschliche Bewegung („Mensch als Maschine“) ▪ Untersuchung des Körperschwerpunktes ▪ 4 Kräfte der Natur: Bewegung, Gewicht, Kraft & Impuls Galileo Galilei (1564-1642) ▪ Fallgesetze ▪ Bewegung von Tieren & menschlicher Sprung Isaac Newton (1643-1727) ▪ Klassische Gesetze der Mechanik ▪ Grundlegende Begriffe zur Beschreibung von Bewegungen © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 6  » Geschichte der Biomechanik - Neuzeit Hermann von Helmholtz (1821-1894) ▪ Vater der biomedizinischen Technik ▪ „Gesetz von der Erhaltung der Energie“ ▪ „Wahrnehmung von Tönen“ 19. Jahrhundert ▪ Analyse von Laufbewegungen mit kinematischen Forschungen ▪ erste Kraftmessungen ▪ Messungen im Bereich von Muskulatur und Organsystemen © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 7  » Geschichte der Biomechanik - Neuzeit seit den 1960er Jahren ▪ biomechanische Untersuchungen zur Optimierung von Bewegungsabläufen ▪ dreidimensionale Bewegungsanalysen ▪ Verständnis der Mechanismen der Bewegungskontrolle ▪ Erkenntnis von Störungen im Bewegungsverhalten ▪ Bestimmung von Grenzen der Belastungsfähigkeit Erfassung von Verletzungs- & Heilungsmechanismen © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 8 » Physik und Biomechanik Einführung in das Lerngebiet Biomechanik  » Einführung ins Lerngebiet ▪ Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Anwendung in der Physiotherapie ▪ Körperschwerpunkt ▪ Unterstützungsfläche ▪ Gleichgewicht ▪ Therapeutische Umsetzung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 10  » Was ist Biomechanik? Alle Bewegungen von Menschen und Tieren unterliegen den Gesetzen der Mechanik. Jede Bewegung schließt Ortsveränderung von Masseteilen in Raum und Zeit ein. Eine wirkungsvolle Therapie des Haltungs- und Bewegungsapparates setzt voraus, dass Therapeut und Patient den physiologischen Bewegungsablauf kennen. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 11  » Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Definition: „The study of forces acting on and generated within a body and of the effects of these forces on the tissues, fluida or materials used for diagnosis, treatment or research purposes.“ [European Society of Biomechanics 2011] ▪ befasst sich mit Funktionen & Strukturen lebender Systeme ▪ berücksichtigt mechanische Eigenschaften & sensomotorische Regelprozesse ▪ Grundlage: Kenntnisse der klassischen Mechanik © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 12  » Definition & Aufgaben der Biomechanik Mechanik Kinematik Kinetik Statik Dynamik © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 13  » Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Mechanik befasst sich mit Bewegungen von Körpern ▪ Kräfte als Ursache von Bewegung ▪ können Bewegungen hervorrufen, verändern oder sogar verhindern © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 14  » Definition & Aufgaben der Biomechanik Kinematik: Lehre von den Bewegungen ohne Berücksichtigung von Masse & Kraft ▪ Beschreibung ausschließlich räumlicher Bewegung in Abhängigkeit von der Zeit ▪ Wie bewegt sich ein Körper? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 15  » Definition & Aufgaben der Biomechanik Kinetik: Lehre vom Zusammenhang zwischen Kraft & Bewegung ▪ Untersuchung der Wirkung von Kraft als Ursache einer Bewegung oder eines Gleichgewichts ▪ Warum bewegt sich ein Körper/bleibt er im Gleichgewicht? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 16  » Definition & Aufgaben der Biomechanik Statik: Untersuchung der Bedingungen, unter denen Kräfte miteinander im Gleichgewicht stehen und daher keine Bewegungsänderung veranlassen. Dynamik: Untersuchung der von Kräften hervorgerufenen Bewegungen. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 17  » Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Aufgaben der Biomechanik – Betrachtung der Bewegung des menschlichen Körpers unter der Einwirkung von Schwerkraft und anderer auf ihn einwirkender Kräfte – Untersuchung der mechanischen und ökonomischen Zusammenhänge von Bewegungsübergängen – Erforschung der Wirkung mechanischer Kräfte, die vom Lebewesen erzeugt werden – Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Wirkung unterschiedlicher Kräfte und Form der Bewegungsabläufe – Vermeidung ungünstiger Krafteinwirkung auf menschlichen Organismus © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 18  » Einführung ins Lerngebiet ▪ Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Anwendung in der Physiotherapie ▪ Körperschwerpunkt ▪ Unterstützungsfläche ▪ Gleichgewicht ▪ Therapeutische Umsetzung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 19  » Anwendung in der Physiotherapie ▪ Verbesserung des Verstehens des Bewegungsgeschehens ▪ Beurteilung von Bau & Funktion des Bewegungssytems sowie einzelner Strukturen ▪ Messbarkeit des Bewegungsverhaltens ▪ Optimierung von Bewegung unter ökonomischen Gesichtspunkten ▪ Messbarkeit der Auswirkungen physiotherapeutischer Behandlung auf Bewegungssystem bzw. –verhalten ▪ Beeinflussung der Auswahl physiotherapeutischer Methoden und Techniken © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 20  » Einführung ins Lerngebiet ▪ Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Anwendung in der Physiotherapie ▪ Körperschwerpunkt ▪ Unterstützungsfläche ▪ Gleichgewicht ▪ Therapeutische Umsetzung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 21  » Körperschwerpunkt (KSP) ▪ Definition: … ist ein fiktiver Punkt im Körper, in dem man sich dessen Gewicht oder Masse vereinigt denkt. (= Massenmittelpunkt) ▪ Schwerkraftmomente aller Masseteile halten sich die Waage ▪ Angriffspunkt aller äußeren Kräfte ▪ starre Körper: fester KSP ▪ Mensch: KSP abhängig von Körperposition & Masseverteilung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 22  » Körperschwerpunkt (KSP) ? Hüter-Becker & Dölken 2011; S. 43 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 23  » Körperschwerpunkt (KSP) ? Hüter-Becker & Dölken 2011; S. 43 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 24  » Körperschwerpunkt (KSP) © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 25  » Körperschwerpunkt (KSP) Wo liegt der Körperschwerpunkt? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 26  » Körperschwerpunkt (KSP) Wo liegt der Körperschwerpunkt? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 27  » Einführung ins Lerngebiet ▪ Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Anwendung in der Physiotherapie ▪ Körperschwerpunkt ▪ Unterstützungsfläche ▪ Gleichgewicht ▪ Therapeutische Umsetzung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 28  » Unterstützungsfläche (USF) ▪ Definition: … ist die von den Auflagepunkten eingerahmte Fläche. ▪ Gelangt KSP über die USF hinaus, verliert die Person das Gleichgewicht und stürzt. Hüter-Becker & Dölken 2011; S. 44 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 29  » Unterstützungsfläche (USF) www.sportunterricht.de © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 30  » Einführung ins Lerngebiet ▪ Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Anwendung in der Physiotherapie ▪ Körperschwerpunkt ▪ Unterstützungsfläche ▪ Gleichgewicht ▪ Therapeutische Umsetzung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 31  » Gleichgewicht ▪ Definition: … herrscht, wenn die Summe aller Kräfte und Momente gleich Null ist. ▪ bestimmt durch Verhalten des KSP und Verlauf der Schwerelinie (gedachte Verbindung zwischen KSP und Erdmittelpunkt) www.sportunterricht.de © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 32  » Gleichgewicht Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 33  » Gleichgewicht ▪ stabiles Gleichgewicht: − KSP befindet sich unterhalb des Drehpunktes (z.B. beim Pendel). − Bei einer kleinen Auslenkung des Körpers kehrt er wieder in die vorige Lage zurück. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 34  » Gleichgewicht ▪ instabiles Gleichgewicht: − KSP befindet sich oberhalb des Drehpunktes. − Lageveränderungen (äußere Kräfte) zerstören das Gleichgewicht − es erfolgt keine Rückkehr in die Ausgangslage www.sportunterricht.de © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 35  » Gleichgewicht ▪ indifferentes Gleichgewicht: − Der Drehpunkt liegt genau im Schwerpunkt (z.B. beim Rad). − Lageveränderungen lassen neue Ausgangslagen entstehen www.sportunterricht.de © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 36  » Einführung ins Lerngebiet ▪ Definition & Aufgaben der Biomechanik ▪ Anwendung in der Physiotherapie ▪ Körperschwerpunkt ▪ Unterstützungsfläche ▪ Gleichgewicht ▪ Therapeutische Umsetzung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 37  » Therapeutische Umsetzung ▪ Verbesserung der Standfestigkeit → Was fällt Euch dazu ein? ▪ Gleichgewichtsschulung → Was fällt Euch dazu ein? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 38  » Therapeutische Umsetzung ▪ Verbesserung der Standfestigkeit – Vergrößerung der Unterstützungsfläche ✓ Veränderung der Beinstellung ✓ Einsatz von Gehhilfen – Tieferlegen des Schwerpunktes – Erhöhung des Gewichtes (beschweren) © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 39  » Therapeutische Umsetzung ▪ Gleichgewichtsschulung – gezieltes Verringern der USF ✓ beidbeiniger Stand (breit/schmal), Einbeinstand, Zehenstand… – Verlagerung des KSP an den Rand der USF ✓ Gleichgewichtsverlagerung im Sitz – Einsatz labiler Untergründe ✓ Pezziball, Kreisel, Wackelbrett, Airex-Kissen © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 40 » Physik und Biomechanik Physikalische Größen Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed  » Physikalische Größen ▪ Vektorielle & skalare Größen ▪ Basisgrößen & Einheiten ▪ Abgeleitete Größen & Einheiten © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 42  » Physikalische Größen ▪ Physikalische Größen sind erfassbare Größen, die sich aus – einer Maßzahl/einem Betrag & – einer Einheit zusammensetzen – z. B. Länge, Temperatur, Geschwindigkeit, Zeit, etc. Bsp.: 5 h (5 = Maßzahl/Betrag; h = Einheit) In der Physik unterscheidet man Größen, die von ihrer Richtung unabhängig sind ▪ Man unterscheidet die Größen in (skalare Größe), von − skalare physikalische Größen (Skalare) richtungsabhängigen Größen (vektorielle Größe). − vektorielle physikalische Größen (Vektoren) Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 43  » Physikalische Größen - Skalare ▪ Skalare physikalische Größen (Skalare) – bestehen aus einer Maßzahl/einem Betrag und einer Einheit – sind richtungslose Größen – haben nur einen Betrag – Beispiele: Misst man in einer Flüssigkeit in einer bestimmten Tiefe ▪ Zeit [t] den Druck, dann stellt man fest: Der Druck ist in einer bestimmten Tiefe immer gleich groß, unabhängig davon, ▪ Masse [m] in welche Richtung man die Mess-Sonde dreht. Entsprechendes gilt auch für die Temperatur eines ▪ Länge [l] Körpers und für andere skalare Größen. ▪ Temperatur [T] Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 44  » Physikalische Größen - Vektoren ▪ Vektorielle physikalische Größen (Vektoren) – bestehen aus einer Maßzahl / einem Betrag, einer Einheit & einer Richtung – sind richtungsorientierte Größen – Richtung durch Pfeil gekennzeichnet Zugrichtungen der Muskeln, die an einem Knochen ansetzen, – Beispiele: können z.B. in Form von mehreren Vektoren beschrieben und zu einer resultierenden Kraft zusammengesetzt werden. ▪ Kraft [F] ▪ Beschleunigung [a] Ergebnis dieser resultierenden Kraft = Bewegung des Knochens in eine bestimmte Richtung ▪ Geschwindigkeit [v] ▪ Impuls [p] Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 45  » Physikalische Größen ▪ Vektorielle & skalare Größen ▪ Basisgrößen & Einheiten ▪ Abgeleitete Größen & Einheiten © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 46  » Physikalische Größen – Basisgrößen & Einheiten ▪ verzeichnet im Système international d‘unités (SI-System) ▪ international gültiges System für Basisgrößen & Einheiten ▪ alle anderen Größen & Einheiten ableitbar © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 47  » Physikalische Größen – Basisgrößen & Einheiten Basisgröße Symbol Einheit Einheitenzeichen Länge l Meter [m] Masse m Kilogramm [kg] Zeit t Sekunde [s] elektrische Stromstärke ɪ Ampere [A] Temperatur T Kelvin [k] Lichtstärke ɪv Candela [cd] Stoffmenge n Mol [mol] © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 48  » Physikalische Größen ▪ Vektorielle & skalare Größen ▪ Basisgrößen & Einheiten ▪ Abgeleitete Größen & Einheiten © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 49  » Physikalische Größen – Abgeleitete Größen & Einheiten Größe Symbol Einheit Formel Bedeutung der Symbole Fläche A [m²] A=a*b a, b = Seitenlängen Geschwindigkeit v [m/s] v = s/t s = Strecke t = Zeit Beschleunigung a [m/s²] a = ∆v/∆t v = Geschwindigkeit t = Zeit Impuls p [N*s] p=m*v m = Masse v = Geschwindigkeit Heller, A.(2015): Physik und Biomechanik. 3. Auflage: S. 3 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 50  » Physikalische Größen – Abgeleitete Größen & Einheiten Größe Symbol Einheit Formel Bedeutung der Symbole Kraft F [N] F=m*a m = Masse a = Beschleunigung Arbeit W [J] W=F*s F = Kraft s = Strecke Drehmoment M [Nm] M=F*r F = Kraft r = Radius Druck P [Pa] P = F/A F = Kraft A = Fläche Heller, A.(2015): Physik und Biomechanik. 3. Auflage: S. 3 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 51 » Physik und Biomechanik Mechanik fester Körper Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed  » Mechanik fester Körper ▪ Kinematik ▪ Dynamik © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 53  » Mechanik fester Körper ▪ Kinematik ▪ Dynamik © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 54  » Kinematik ▪ Die meisten Bewegungen (des menschlichen Körpers) sind zusammengesetzte Bewegungen aus Rotation und Translation ▪ Man trifft kaum eine gleichförmige Bewegung an - sie ist eine idealisierte Bewegungsform © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 55  » Kinematik ▪ Bewegung… – Ortsveränderung in Abhängigkeit von der Zeit – relativ zu einem Bezugssystem stattfindend – Unterscheidung in: ▪ Bewegungen mit räumlicher Charakteristik ▪ Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 56  » Kinematik Unterscheidung in: ▪ Bewegungen mit räumlicher Charakteristik ▪ Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 57  » Kinematik – Bewegungen mit räumlicher Charakteristik Translation Bewegung eines Körpers auf gerader Linie / beliebig gekrümmter Kurve im Raum Körper dreht sich dabei NICHT alle Massepunkte des Körpers bewegen sich auf parallelen Geraden = lineare Bewegung Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 58  » Kinematik – Bewegungen mit räumlicher Charakteristik Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 59  » Kinematik – Bewegungen mit räumlicher Charakteristik Rotation Drehung eines Körpers um eine Achse bzw. einen Mittelpunkt DP kann innerhalb oder außerhalb des Körpers liegen Alle Massepunkte des Körpers bewegen sich auf konzentrischen Kreisen um den Drehpunkt = anguläre Bewegung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 60 Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011  » Kinematik – Bewegungen mit räumlicher Charakteristik Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 61  » Kinematik Unterscheidung in: ▪ Bewegungen mit räumlicher Charakteristik ▪ Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 62  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik ▪ Unterscheidung zwischen v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung – gleichförmigen Bewegungen (v = konstant, a = 0) – ungleichförmigen Bewegungen (v ≠ konstant, a ≠ 0) ▪ gleichmäßig beschleunigt/gebremst (a = konstant) ▪ ungleichmäßig beschleunigt/gebremst (a ≠ konstant) Zeichnen Sie die Geschwindigkeits-Zeit-Diagramme Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 63  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik ▪ gleichförmige Bewegungen (v = konstant, a = 0) v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung v t Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 64  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik ▪ gleichförmige Bewegungen (v = konstant, a = 0) v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung v t Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 65  » Kinematische Parameter bei der Translation Bezug zur Praxis → gleichförmige Bewegungen Gehtests werden zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Patienten mit arteriellen Durchblutungsstörungen durchgeführt. Der Test wird auf ebenem Boden (häufig Laufband) durchgeführt. Hier wird bei einem individuell vorgegebenen Tempo die schmerzfrei zurückgelegte Gehstrecke gemessen und mit Vergleichsverfahren ausgewertet. Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 66  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik ▪ ungleichförmigen Bewegungen (v ≠ konstant, a ≠ 0) v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung v v t t gleichmäßig beschleunigt (a= konstant) ungleichmäßig beschleunigt (a ≠ konstant) Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 67  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik ▪ ungleichförmigen Bewegungen (v ≠ konstant, a ≠ 0) v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung v v t t gleichmäßig beschleunigt (a= konstant) ungleichmäßig beschleunigt (a ≠ konstant) Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 68  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik ▪ ungleichförmigen Bewegungen (v ≠ konstant, a ≠ 0) v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung v v t t gleichmäßig gebremst (-a= konstant) ungleichmäßig gebremst (-a ≠ konstant) Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 69  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik ▪ ungleichförmigen Bewegungen (v ≠ konstant, a ≠ 0) v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung v v t t gleichmäßig gebremst (-a= konstant) ungleichmäßig gebremst (-a ≠ konstant) Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 70  » Kinematische Parameter bei der Translation Bezug zur Praxis → ungleichförmige Bewegungen Für Patienten mit Morbus Parkinson ist es schwierig, mit Gehen zu beginnen (Akinese). Der Gang wird trippelnd mit kleinen Schritten begonnen, erst dann wird unwillkürlich beschleunigt. Es liegt eine ungleichförmige (unregelmäßige) Bewegung vor. Bei Patienten mit Claudicatio intermittens liegt ebenfalls eine ungleichförmige Bewegung vor. Auftretende Beschwerden zwingen zu wiederkehrenden Gangunterbrechungen. Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 71  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik Beispiel Ganganalyse: ▪ zeigt den Weg, den einzelne Teile des Körpers während des Ganges zurücklegen ▪ Oberkörper bewegt sich konstant nach vorne, während der Mensch geht ▪ Sprunggelenk legt in der Spielbeinphase eine bestimmte Strecke zurück, in der Standbeinphase verbleibt es auf der Stelle Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 72  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik Beispiel Ganganalyse: ▪ zeigt die Geschwindigkeiten (v), die die einzelnen betrachteten Teile des Körpers während des Ganges haben ▪ Oberkörper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung s= Strecke Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 73  » Kinematik – Bewegungen mit zeitlicher Charakteristik Beispiel Ganganalyse: ▪ OSG: – MSt: Position wird beibehalten, keine Bewegung im OSG, v = 0 – IC, LR, TSt, PSw: OSG zeigt nur langsame Bewegung, niedrige Geschwindigkeit – Isw, MSw, TSw: OSG zeigt IC LR MSt TSt PSw ISw MSw TSw schnellere Bewegung, höhere Geschwindigkeit v= Geschwindigkeit a= Beschleunigung s= Strecke Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 74  » Kinematische Parameter bei der Translation Beispiele für Geschwindigkeiten ▪ Geschwindigkeit = zurückgelegter Weg / benötigte [m/s] [km/h] Zeit [m/s] Gehen 1,4 5 ▪ v = s/t Radfahren 5,5 20 Schall (Luft) 330 1200 Schall (Wasser) 1500 5400 Erde um die Sonne 30000 Haarwachstum 3*10-9 Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 75  » Kinematische Parameter bei der Translation Beispiele für Beschleunigungen ▪ Beschleunigung = Geschwindigkeitsänderung / [m/s²] benötigte Zeit [m/s²] Personenzug 0,2 ▪ a = ∆v/∆t U-Bahn 0,6 PKW 2 Freier Fall/Fallbeschleunigung 9,81 Geschoss 105 Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 76  » Arbeitsauftrag: Zusammenhang Weg-Geschwindigkeit-Beschleunigung ▪ Bitte erläutern Sie anhand der folgenden drei Abbildungen den Zusammenhang zwischen den drei Parametern Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung am Beispiel des Ausschnitts einer Ganganalyse! → Arbeitsblatt auf Moodle! ▪ Benötigt Ihr noch weitere Erläuterungen vor Bearbeitung der Aufgabe? Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 77  » Arbeitsauftrag: Zusammenhang Weg-Geschwindigkeit-Beschleunigung Weitere Erläuterungen: Hat der Graph des s-t-Diagramms die Form einer Kurve, ändert sich die Geschwindigkeit An den Stellen wo v am größten ist (steilste Kurvenbereiche), befinden sich die Beschleunigungsmaxima positive Beschleunigung = Geschwindigkeitszunahme negative Beschleunigung = Geschwindigkeitsabnahme Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 78  » Arbeitsauftrag - Ergebnissicherung: Zusammenhang Weg-Geschwindigkeit-Beschleunigung ▪ Darstellung der zurückgelegten Wegstrecke in 12 s (Start bei 0, Ende bei 12 s) ▪ Körper legt unterschiedliche Strecken pro Sekunde zurück, der Mensch geht also mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ▪ daher verläuft die Kurve nicht linear ▪ am Ende wird der zurückgelegte Weg weniger (Vorbereitung auf Stand am Ende der Strecke) ▪ Gesamtstrecke: 6 m Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 79  » Arbeitsauftrag - Ergebnissicherung: Zusammenhang Weg-Geschwindigkeit-Beschleunigung ▪ Darstellung der Geschwindigkeit v zu jedem Zeitpunkt auf der Gehstrecke ▪ mittlere Geschwindigkeit v = ∆s/∆t v = 6 m/12 s = 0,5 m/s ▪ zu Beginn (Start aus der Ruhe) und am Ende (Ende in der Ruhe) liegt eine niedrigere Geschwindigkeit vor → v = ∆s / ∆t [m/s] weniger Strecke wird zurückgelegt Mittlere Geschwindigkeit = gegangene Strecke / benötigte Zeit ▪ maximale Geschwindigkeit im mittleren Bereich → größte Strecke wird zurückgelegt Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 80  » Arbeitsauftrag - Ergebnissicherung: Zusammenhang Weg-Geschwindigkeit-Beschleunigung ▪ unterschiedlich starke Beschleunigungen (positiv / negativ) resultieren in unterschiedlichen Geschwindigkeiten & zurückgelegten Wegstrecken ▪ bei konstanter Geschwindigkeit ist die Beschleunigung = 0 v= Geschwindigkeit ▪ Weg-Zeit-Diagramm ergibt ungleichmäßig a= Beschleunigung beschleunigte Bewegung, da sich die Steigung der Kurve durch unterschiedliche Geschwindigkeiten und Beschleunigungen verändert (also a und v nicht konstant) Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 81  » Arbeitsauftrag - Ergebnissicherung: Zusammenhang Weg-Geschwindigkeit-Beschleunigung FAZIT: ▪ Das Weg-Zeit-Diagramm ergibt eine ungleichmäßig beschleunigte Bewegung, da sich die Steigung der Kurve durch unterschiedliche Geschwindigkeiten und Beschleunigungen verändert. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 82  » Anderes Beispiel für Beschleunigung ▪ Ein Auto, das mit einer Geschwindigkeit von 120 km/h über die Autobahn fährt... ▪ Wenn es bei konstanter Geschwindigkeit fährt, also weder schneller wird noch bremst, erfährt es keine Beschleunigung (a = 0) ▪ Um die Geschwindigkeit von 120 km/h​ zu erreichen, muss das Auto erst einmal beschleunigen (a > 0) ▪ Um am Ende parken zu können, muss das Auto abbremsen (a < 0) Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 83  » Mechanik fester Körper ▪ Kinematik ▪ Dynamik © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 84  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften Kräfte sind alle äußeren Einflüsse, die den (Bewegungs-) Zustand eines Körpers beeinflussen Sie können ursächlich sein für: ▪ Richtungsänderungen ▪ Geschwindigkeitsänderungen ▪ Verformungen © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 85  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften Kräfte werden an ihrer Wirkung erkannt, d. h. am Ausmaß der Bewegungsänderung des Körpers Die Intensität dieser Wirkung hängt von zwei wichtigen Faktoren ab: ▪ Beschleunigung (Abbremsung = negative Beschleunigung) ▪ Masse des bewegten Körpers Beispiel: Beim „sportlichen“ Anfahren eines Autos werden wir in den Sitz gedrückt, beim plötzlichen Abbremsen Richtung Windschutzscheibe bewegt (falls kein Gurt uns zurückhält). © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 86  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften Trägheit der Masse ▪ Ein starrer Körper, der bewegt wird, versucht scheinbar, der Bewegungsänderung durch die einwirkende Kraft entgegenzuwirken ▪ Dieses Verhalten wird Trägheit genannt © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 87  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften Newton´sche Axiome Axiom: ▪ Axiome sind allgemeingültige Lehrsätze, die nicht bewiesen werden müssen und können. ▪ Sie sind als absolut richtig anerkannt! Newton-Axiome ▪ Diese mechanischen Gesetzmäßigkeiten bilden die Grundlage für die Beobachtung von Bewegung. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 88  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften 1. Newton Axiom = Trägheitsgesetz ▪ „Jeder Körper verharrt in einem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu verändern.“ ▪ Kraft ist ein Einfluss, der auf einen Gegenstand wirkt und dadurch eine Änderung in Richtung oder Geschwindigkeit verursachen kann ▪ Zeichen für Kraft ist F (engl.: force) Beispielsweise ist ein kleines Kind im Krankenbett auf Rollen oder im Rollstuhl leichter in Bewegung zu bringen und auch wieder zu stoppen als ein schwerer Erwachsener. Reibungskräfte spielen hier nicht die größte Rolle, eher die Masse und damit die Trägheitskraft. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 89  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften 1. Newton Axiom = Trägheitsgesetz © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 90  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften 2. Newton Axiom = Aktionsprinzip Ein Körper, auf den eine Kraft einwirkt, erfährt eine Beschleunigung die proportional zur einwirkenden Kraft ist. „Grundgesetz“ der Mechanik Kraft = Masse * Beschleunigung F [N] = m [kg] * a [m/s²] Einheit der Kraft: Newton [N] © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 91  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften 2. Newton Axiom = Aktionsprinzip „Grundgesetz“ der Mechanik Kraft = Masse * Beschleunigung F [N] = m [kg] * a [m/s²] Einheit der Kraft: Newton [N] ▪ Die Beschleunigung ist eine richtungsorientierte Größe, sie hat einen Betrag und eine Richtung, mathematisch gesehen wird von einem Vektor gesprochen. ▪ Die Masse hat nur einen Betrag – sie ist also eine richtungslose Größe – mathematisch ein Skalar. ▪ Die Kraft als Produkt aus Masse und Beschleunigung ist wiederum ein Vektor. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 92  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften 2. Newton Axiom = Aktionsprinzip „Grundgesetz“ der Mechanik Kraft = Masse * Beschleunigung F [N] = m [kg] * a [m/s²] Einheit der Kraft: Newton [N] Das Gewicht eines Menschen wird in Kilogramm angegeben (Personenwaage). Physikalisch gesehen wird mit dieser Einheit nur die Masse des Körpers definiert und mithilfe der Waage ist es möglich, zwei Massen miteinander zu vergleichen. ▪ Masse (m) wirkt am Ort eine Kraft (F) aus, die proportional zu ihrer Masse ist ▪ geschieht unter Einfluss der Gravitationskraft der Erde = Fallbeschleunigung (g) FG [N] = m [kg] * g [9,81 m/s²] © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 93  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften 3. Newton Axiom = Reaktionsprinzip ▪ Jede Kraft bewirkt eine gleich große Gegenkraft: actio = reactio © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 94  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften 3. Newton Axiom = Reaktionsprinzip Kräfte treten immer paarweise auf, sind gleich groß und einander entgegengesetzt →zu jeder wirkenden Kraft existiert eine gleich große, ihr entgegengesetzt wirkende Reaktionskraft Bedeutung: wenn ein Körper die Bewegung eines anderen Körpers beeinflusst, wird er gleichzeitig durch den anderen Körper beeinflusst Wechselwirkung: Der Aktion des einen wird eine Reaktion des anderen entgegengesetzt © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 95  » Dynamik = Lehre von den wirkenden Kräften 3. Newton Axiom = Reaktionsprinzip © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 96  » Arbeitsauftrag: Wiederholung Grundlagen der Mechanik Wiederholen Sie die gelernten Inhalte auf dem Arbeitsblatt: Wiederholung Grundlagen der Biomechanik → Diesen AB finden Sie auf Moodle! © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 97 » Physik und Biomechanik Kräfte als Vektoren Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed  » Kräfte als Vektoren Definition: Alle äußeren Einflüsse, die den (Bewegungs-) Zustand eines Körpers beeinflussen, werden Kräfte genannt Je größer die Kräfte, desto größer die Wirkung Äußere Kräfte: Schwerkraft/Gewichtskraft, Reibungskraft, Luftwiderstand Innere Kräfte: Muskelkraft, Reibungskräfte in Gelenken, Fließkräfte (Viskosität) der Gewebe © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 99  » Kräfte als Vektoren Vektoren = physikalische Größen, gekennzeichnet durch – Betrag und Richtung graphisch symbolisiert durch Pfeil Anfangs- und Zielpunkt = Richtung der Kraft Länge des Pfeils proportional zum Betrag der Kraft © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 100  » Kräfte als Vektoren Addition von Kräften Addieren lassen sich die Beträge nur, wenn die Kräfte: in einem Punkt angreifen gleiche oder genau entgegengesetzte Richtungen haben Die Summe der Beträge wird als Kraftresultierende FR bezeichnet F1 F1 F2 F2 F 1 + F2 = FR F 1 + F2 = F R © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 101  » Kräfte als Vektoren Parallelverschiebung von Kräften FR wird mit Hilfe einer Parallelverschiebung ermittelt, wenn die Kräfte: an einem Punkt angreifen verschiedene Richtungen haben FR entsteht aus dem Betrag und der Richtung der Einzelkräfte F1 F1 + F2 = FR F2 F1 + F2 = FR © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 102  » Kräfte als Vektoren Aufgabe: Zwei Personen ziehen an einer Kiste unterschiedlich stark in unterschiedliche Richtungen. In welche Richtung bewegt sich die Kiste? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 103  » Kräfte als Vektoren Aufgabe: Zwei Personen ziehen an einer Kiste unterschiedlich stark in unterschiedliche Richtungen. In welche Richtung bewegt sich die Kiste? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 104  » Kräfte als Vektoren Angriffspunkt (1) einer Kraft, dargestellt durch den Vektor, ist der Bereich, an dem eine Kraft ansetzt und der durch diese Kraft bewegt wird (= Punctum mobile) – z.B. Muskelansatz an einem Knochen, der durch die (Muskel-)Kraft bewegt wird Ist die Größe einer Kraft bekannt, so kann sie mit der Länge (2) des Vektors gezeigt werden Verhältnis zwischen Kraftgröße und Vektorlänge muss für die gesamte Darstellung gleich bleiben © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 105  » Kräfte als Vektoren Die Pfeilspitze gibt die Zugrichtung (3) einer Kraft an. – Zugrichtung eines Muskels zeigt immer vom Punctum mobile weg. Wirkungslinie (4) ist eine gedachte Gerade, auf welcher der Kraftvektor beliebig verschoben werden kann Der Angriffspunkt eines Vektors kann so verschoben werden, dass dieser zusammen mit anderen Vektoren in einem Punkt zusammenkommt (Mehrköpfiger Muskel) © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 106  » Kräfte als Vektoren ▪ Beispiel M. quadrizeps femoris: © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 107  » Kräfte als Vektoren ▪ Beispiel M. quadrizeps femoris → Kraftresultierende? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 108  » Kräfte als Vektoren ▪ Beispiel M. quadrizeps femoris → Kraftresultierende? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 109  » Kräfte als Vektoren Was geschieht mit der resultierenden Kraft bei Abschwächung des M. vastus medialis? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 110  » Kräfte als Vektoren Was geschieht mit der resultierenden Kraft bei Abschwächung des M. vastus medialis? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 111  » Kräfte als Vektoren Ergebnis: Bei einer Insuffiziens des M. vastus medialis kommt es zu einer Verlagerung der Gesamtkraft nach lateral Folge → Patella wird nach lateral gezogen ungleiche Verteilung der retropatellaren Belastung Gefahr der Entstehung einer Arthrose © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 112  » Kräfte als Vektoren Beispiel Schiefe Ebene: ▪ Aufteilung der Gewichtskraft. ▪ Genau genommen ist es nur eine Kraftersparnis, bedingt durch den längeren Weg der Last oben bleibt die Arbeit die gleiche. ▪ Das Gewicht (die Gewichtskraft) der Last wirkt senkrecht nach unten (Schwerkraft). ▪ Eine Kraftwirkungslinie verläuft parallel zur Rampe, denn in diese Richtung muss der Rollstuhl nach oben geschoben werden. ▪ Die zweite Kraftkomponente wird senkrecht dazu angenommen. Sie wirkt damit senkrecht auf die Rampe © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 113  » Kräfte als Vektoren Beispiel Schiefe Ebene: ▪ Um den Rollstuhl auf ein höheres Niveau zu schieben, muss nicht die gesamte Gewichtskraft (FG), sondern nur die Komponente (F1) überwunden werden; ▪ die Komponente (F2) wird von der Rampe übernommen. − Je flacher die Rampe, desto geringer die aufzuwendende Kraft F1 : Auf der horizontalen Ebene ist sie theoretisch Null; nur die Reibung muss als hemmende Kraft überwunden werden. − Je steiler der Weg nach oben führt, desto mehr Schubkraft ist erforderlich: Bei 90°Steigung wird die volle Last gehoben. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 114  » Kräfte als Vektoren Beispiel: Vorwärtstreibende Kraft beim Ziehen eines Wagens auf einer Schiene. ▪ Ein Wagen soll entlang eines Schienenstrangs gezogen werden. Dabei ist es zu beschwerlich, von einer Schwelle zur nächsten zu balancieren. ▪ Also geht die ziehende Person seitlich neben dem Gleis. ▪ Das bequemere Gehen erfordert jedoch mehr Krafteinsatz. Im Vektordiagramm wird das sichtbar an der effektiven Kraft (F1), die kleiner ist als die aufgewendete Zugkraft (F) © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 115  » Kräfte als Vektoren Beispiel: Vorwärtstreibende Kraft beim Ziehen eines Wagens auf einer Schiene. ▪ Je weiter sich die Person vom Gleis entfernt, desto „unwirtschaftlicher“ wird die Durchführung! Sie ist also gut beraten, möglichst nahe neben dem Gleis zu gehen. ▪ Für eine Berechnung der effektiv wirkenden Kraft (F1), wird die Hauptkraft (F) mit dem Kosinus des eingeschlossenen Winkels (α) multipliziert: ▪ F1 = F∙ cos α ▪ So lässt sich auch rechnerisch beweisen, dass mit zunehmendem Winkel (α) die effektive Kraft geringer wird (cos 90°=0). © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 116  » Kräfte als Vektoren Beispiel: Gemeinsames Tragen einer Last ▪ Um einen Korb zu tragen, muss sein Gewicht kompensiert werden: – Die Haltekraft muss gleich der Gewichtskraft des Korbes sein. Damit ist die Summe der wirkenden Kräfte gleich Null © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 117  » Kräfte als Vektoren Beispiel: Gemeinsames Tragen einer Last Zu zweit trägt es sich leichter, aber trägt jeder nur die Hälfte? ▪ Tragen zwei Personen den Korb, gehen sie wahrscheinlich nicht ganz nahe nebeneinander her ▪ Sie tragen den Korb unter leichtem seitlichen Zug ▪ Es trägt zwar keiner den Korb alleine, aber jeder doch mehr als die Hälfte, da die Kräfte schräg nach oben ziehen ▪ Um das Gewicht genau zu halbieren, müssten beide senkrecht nach oben ziehen © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 118 » Physik und Biomechanik Reibung Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed  » Reibung Reibung… Beispiele? ▪ Sie tritt in verschiedenen Erscheinungsformen auf. Nicht immer ist sie von Vorteil. ▪ Bei der Bearbeitung von Oberflächen (Sägen, Feilen, Schmirgeln und Polieren) wird Reibung genutzt, um Werkstücke zu verformen. ▪ Öle und Fette vermindern Reibung in Motoren; in unseren Gelenken übernimmt die Gelenkflüssigkeit (Synovia) diese Rolle. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 120  » Reibung Reibung… Beispiele? ▪ Beim Inline-Skating oder Schlittschuhlaufen stört uns Reibung – sie fehlt uns aber beim Anfahren auf Eis und Schneeflächen. ▪ Wir streuen Sand, damit unsere Schuhe bessere Haftung haben, benutzen Radiergummis, um Bleistiftstriche zu entfernen und schreiben mit Kreide an der Tafel. ▪ Wenn es kalt ist, reiben wir uns die Hände Also was ist Reibung? © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 121  » Reibung Reibung ist, physikalisch betrachtet, eine hemmende Kraft! – Die Reibung ist der Bewegung entgegengesetzt – Die Reibung wirkt stets parallel zur Berührungsfläche © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 122  » Reibung ▪ Reiben sich zwei Gegenstände aneinander, entstehen Wärme und Abrieb: ▪ Wärme entsteht aufgrund der Umwandlung von Bewegungsenergie (kinetische Energie) in Wärmeenergie. Nicht immer ist sie erwünscht (Motoren, Antriebswellen) manchmal aber lebensnotwendig (Feuermachen). ▪ Der Abrieb führt zur Abnutzung der Berührungsflächen, starke Abnutzung zu Verschleiß. Bei einer Vollbremsung mit blockierenden Rädern zeigt die Reifenspur deutlich den Abrieb – genauso wie der Kreidestrich an der Tafel. ▪ Ist Reibung unerwünscht, wird versucht sie durch die Verwendung von Schmiermitteln (Öle, Fette; Gelenkschmiere) zu vermindern: Es reiben dann nur die dünnen Schmiermittelschichten aneinander. ▪ Wenn etwas „läuft wie geschmiert“, dann freuen wir uns, dass es „reibungslos über die Bühne geht“ © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 123  » Reibung Für einen festen Körper ist die (äußere) Reibung abhängig – von der Oberflächenbeschaffenheit (Rauheit des Materials) – dem Gewicht des Körpers (Andruckkraft) Sie ist jedoch unabhängig von – der Andruckfläche – der Bewegungsgeschwindigkeit © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 124  » Reibung Äußere Reibung → bezieht sich auf Verhalten eines festen Körpers gegenüber seiner Unterlage ▪ Unterscheidung zwischen ▪ Haftreibung ▪ Gleitreibung ▪ Rollreibung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 125  » Reibung Äußere Reibung Haftreibung ▪ muss überwunden werden, bevor Bewegung zustande kommt ▪ besonders hoch z. B. bei Klebstoffen Gleitreibung ▪ tritt auf, sobald sich ein Gegenstand bewegt Rollreibung ▪ Entsteht während der Bewegung ▪ Geringer als Gleitreibung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 126  » Reibung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 127  » Reibung © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 128  » Reibung Innere Reibung ▪ Synonyme: Viskosität/Zähflüssigkeit ▪ entsteht innerhalb eines flüssigen/gasförmigen Stoffes ▪ Körper, der sich innerhalb dieses Stoffes bewegt, muss diese inneren Reibungskräfte überwinden Bsp. Alltag: Schiff im Wasser, Person im Windkanal © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 129  » Reibung Innere Reibung ist abhängig von ▪ der Viskosität (Dichte des Materials) ▪ der Form des sich bewegenden Körpers („Stromlinienförmig“) ▪ der Relativgeschwindigkeit zwischen den bewegten Medien im Gegensatz zur äußeren Reibung → starke Abhängigkeit von Bewegungsgeschwindigkeit Bsp. Physiotherapie: → im Bewegungsbad: Schnellere Bewegung benötigt mehr Kraftaufwand, da die innere Reibung mit zunehmender Geschwindigkeit größer wird. © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 130  » Reibung Auswirkungen der Reibung » Wärme (Beispiel: Massage, „Feuer machen“) » Abrieb (Beispiel: Knorpelabnutzung im Gelenk) Verminderung der Reibung durch » Verwendung von Schmiermitteln » Bsp.: Öl in Motoren, Synovialflüssigkeit in Gelenken Reibung kann nur vermindert, nicht gänzlich aufgehoben werden (Adhäsionskräfte) Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 131  » Reibung Manchmal führt Reibung zu besonders spektakulären Ergebnissen: Die Hufeisenform der Niagara-Wasserfälle Warum ist das so? Da in der Mitte eines Flusses die Fließgeschwindigkeit am größten ist, erfolgt dort auch der größte Abrieb (des Gesteins) infolge des strömenden Wassers! https://www.ab-in-den-urlaub.de/magazin/wp-content/uploads/2019/09/1568034028_Der-Niagarafall-von-der-kanadischen-Seite.jpg © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 132 » Physik und Biomechanik Druck & Zug Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed  » Druck & Zug Wenn dir jemand beim Tanzen auf deinen Fuß steigt, hängt deine Verletzung vom Schuhwerk der anderen Person ab. Bei einem Turnschuh ist es viel weniger schlimm als bei einem Stöckelschuh. Die Verformung hängt nämlich nicht nur von der Kraft, sondern auch von der Fläche ab, auf die diese Kraft wirkt: Je kleiner die Fläche, desto größer ist die Verformung. https://physikbuch.schule/pressure-and-tension.html#pressure © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 134  » Druck & Zug Die Wirkung einer Kraft auf eine ebene Fläche wird in der Physik durch die Größe Druck (engl. pressure) beschrieben Druck ist eine Kraft, die senkrecht auf eine Fläche einwirkt Entspricht dem Verhältnis von Kraft und Fläche https://physikbuch.schule/pressure-and-tension.html#pressure © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 135  » Druck & Zug Entscheidend für Größe des Druckes: – Kraft – Fläche Der Druck ist also umso größer je größer die wirkende Kraft ist (bei gleicher Fläche) je kleiner die Fläche ist (bei gleicher Kraft) Zu Ehren des Physikers Blaise Pascal wird die Einheit auch ein Pascal (1Pa) genannt https://physikbuch.schule/pressure-and-tension.html#pressure © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 136  » Druck & Zug Dölken M, Hüter-Becker A, Klein D, ed. Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, Trainingslehre. 2. Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2011 © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 137  » Druck & Zug Je nachdem, ob eine Kraft eine Komprimierung oder eine Ausdehnung bewirkt, wird von Druck oder Zug gesprochen Druck und Zug können nebeneinander auftreten https://physikbuch.schule/pressure-and-tension.html#pressure © Schule für Physiotherapie am Klinikum Itzehoe Gesche Lange, M.Ed. Physik und Biomechanik 05.02.2025 138  » Druck & Zug Mechanische Spannung Je nach Richtung und Angriffspunkt der Kräfte gibt es noch weitere mögliche Spannungen. Folgende mechanische Spannungen werden unterschieden: Zugspannung (hervorgerufen durc