Biomechanik: Dyn. Wechselwirkung 1

Details: Kategorie: Wissen; Geschrieben von DI Schachinger, DI Neuburger, Gelautz

Dynamische Wechselwirkung zwischen Sportgerät und Sportler

Schwerpunkt Athlet, Teil 1

Sport ist dynamisch, daher grundsätzlich mit Bewegung verbunden. Dennoch existieren in einer Vielzahl von Sportarten Situationen, in denen der Athlet für kurze oder längere Zeitabschnitte, in relativer Ruhe verharrt. So auch der Schütze.

Ja, „Stabile Stellung“ ist das A und O im Schießsport! Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um die Erreichung eines optimalen Verbundes des Sportlers mit dem Sportgerät und der Maximierung seiner Standfestigkeit.

Beim Begriff Standfestigkeit geht es um die Sicherung eines stabilen Gleichgewichtes (GLG), denn ein Körper ist solange“ standfest“, solange er sich in einem stabilen GLG-Zustand befindet. Für statisch stabiles GLG müssen die Summe der auf ihn wirkenden Kräfte Null sein, sowie ebenfalls die Summe aller angreifenden Drehmomente. D.h. ihre Wirkungen heben sich gegenseitig auf.

Der Mensch ist kein starrer Körper. Er besteht aus Teilmassen, die über Gelenke fest, aber beweglich, miteinander verbunden sind.
(Am Rande bemerkt, deswegen aber nicht minder relevant, nur über Muskelaktivität ist es möglich ein stabiles GLG einzunehmen und dieses auch über einen längeren Zeitpunkt aufrecht zu erhalten. Wichtig hierbei die Ausgewogenheit der Belastungsverteilung.)

Für die Praxis wesentlich ist in diesem Zusammenhang die sogenannte Aufstandsunterstützungsfläche, jene projizierende Fläche, die von den Unterstützungspunkten/ -flächen eines Körpers eingegrenzt wird. Beim stehenden Schützen wird sie begrenzt durch die Bodenkontaktfußflächen.

So lange sich der projizierte Gesamtmassenschwerpunkt (Sportschütze + Gerät) innerhalb der Unterstützungsfläche befindet, steht der Athlet stabil. Ziel in Hinsicht auf eine Optimierung der Standfestigkeit muss es sein, den projizierten Gesamtmassenmittelpunkt in die Mitte der Unterstützungsfläche zu bringen. (Der Massenmittelpunkt wird populär oft Schwerpunkt genannt!) Das Bild unten zeigt links einen stabilen Stand (grün) und rechts deutliche Destabilität (blau/schwarz).

Aktiv beeinflusst werden kann dies, durch Hauptbestimmungsgrößen der Standfestigkeit: das geometrische- (Kippwinkel), das energetische- (Hubhöhe) und das dynamische Maß.

Für jeden leicht erkennbar, dass eine größere Standfläche und eine tiefe Lage des Massenmittelpunkts einen größeren sog. Kippwinkel induzieren und somit eine höhere Standfestigkeit gegeben ist. Dieses Faktum spricht für einen bereiteren Stand (in anatomisch sinnvollen Grenzen), da dadurch der Massenschwerpunkt abgesenkt werden kann. Die Standfläche ist durch unsere Fußgröße festgelegt. Eine Vergrößerung der Standfläche ist daher nur bedingt unter Einhaltung des Reglements möglich.

Je weiter sich der Gesamtmassenmittelpunkt der Kippkante nähert, je weiter er sich aus der Mittellage entfernt, desto instabiler sind wir, desto mehr müssen unsere Muskeln Ausgleichsarbeit leisten. (Bild 2b:proj. Massenmittelpunktslage rot bzw. blau)
Dies lässt sich durch körperliches Training und richtige Ernährung beeinflussen (Adipöse Figur ist nicht förderlich!) und andererseits durch ein optimiertes Sportgerät.

Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Zuge der inneren Schussentwicklung, auf Grund des Gasdruckes im Lauf, eine physikalische Rückwirkung auf das Sportgerät auftritt, die als Rückstoß bezeichnet wird.
Im Rahmen der technischen Mechanik werden darunter genauer Rückstoßimpuls, Rückstoßenergie und Rückstoßkraft verstanden, und zur Beschreibung der auftretenden Phänomene verwendet. Wegen der Allgemeinverständlichkeit wird in dieser Ausführung der Begriff Rückstoßkraft bevorzugt.

In Bild rechts unten ist die Rückstoßkraft als in der Laufseele wirkende Kraft dargestellt. Der Schwerpunkt des betrachteten Gewehrs liegt – in konstruktionsbedingter Lage – neben der Wirkungslinie der Rückstoßkraft. Betrachtet man das Gewehr für sich alleine resultiert daraus eine Drehbewegung, von der das „Springen“ der Mündung meist am stärksten wahrgenommen wird. (Beim Billard erzeugt - in analoger Weise - ein am Mittelpunkt der Kugel vorbeiführender Stoß den beabsichtigten Spin.)

In Bild 3 ist zu sehen, dass die Wirkungslinie der Rückstoßkraft im Allgemeinen nicht durch den Schwerpunkt der Waffe verläuft. Dabei wurde bei der dargestellten Geometrie angenommen, dass der Schwerpunkt im Grundriss zu sehen in der vertikalen Symmetrieebene des Gewehres liegt. Im Grundriss ist ein angenommener längssymmetrischer Aufbau des Gewehres – mit in Konsequenz der Lage des Schwerpunktes in der Symmetrieebene – angenommen. Die Rückstoßkraft würde bei dieser Massenkonfiguration keine Drehbewegung bewirken. Anderenfalls ergibt die resultierende Schwerpunktslage eine horizontale Drehbewegungstendenz des Gewehres ( - ohne „angekoppelte“ Masse des anschlagenden Schützen - ) durch die Rückstoßkraft.