Leichtathletik im Wandel
Verfasser . G.Sonnemann ,Sportanalyst , Berlin , Nov. 2017
copyright : G.Sonnemann , Berlin , das UrhG gilt in vollem Umfang
IV. Leichtathletik in Bewegung
F. der optimierte Dreisprung
der optimierte Dreisprung
Inhalt :
Ziel der Arbeit
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was ist Dreisprung – kurze Erklärung
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Wie können die Weiten der Teilsprünge berechnet werden
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Speziell zur Berechnung der Teilweite 2 von hop und step
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Welche Kräfte wirken auf den Dreispringer
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Zu den Einzelparametern
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Zusammenhänge zwischen den weitenbestimmenden Parametern
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Verlässlichkeit von messtechnisch gewonnenen Daten
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Überprüfung von gemessenen Parametern an der Leistungswirklichkeit
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Versuch der Ermittlung der zur Zeit maximal erreichbaren Dreisprungweite
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Anlagen :
Anlage 1: Skizzen zur Beschreibung
Anlage 2 : Messdaten von Wettkämpfen
Quellenangaben
Nachfolgend eine Kurzfassung der Arbeit des Autors zu diesem Thema.
Wer an der gesamten Arbeit einschließlich der Auswertungsberechnungen interessiert ist, wende sich
bitte unter
an den Autor.
Ziel der Arbeit
Der Athlet hat durch Talent und zielstrebiges Training einen gewisses athletisches Niveau erreicht.
Damit will er, egal in welcher Disziplin, eine möglichst gute Leistung erzielen.
Dafür muss er vom Trainer gesagt bekommen, wie er seine körperlichen Fähigkeiten am besten einsetzt, damit er die der Disziplin ureigenen physikalischen und biomechanischen Gesetze am besten nutzt.
Das Ergebnis dieser Arbeit ist daher ein theoretisches Modell der Darstellung der Einzelteile des Dreisprungs, dass durch Überprüfung bekannter Resultate eine wesentlich bessere Übereinstimmungen Theorie/Praxis bringt.
Es werden also theoretische Vorgaben bestimmt, auf den individuellen Athleten zugeschnitten.
In wie weit diese optimalen Vorgaben in der Praxis des Sprunges bereits erreicht werden, dafür kann man z.B. Videoanalysen einsetzen, auf die später noch eingegangen wird.
Mit Videoanalysen gemessene Parameterdaten sind mit so großen Fehlern behaftet, dass sie zur Technikschulung und Optimierung eines Dreisprunges nicht geeignet sind.
Dazu Beispiele später unter Punkt 7.
Die hier mit mathematischen + biomechanischen Berechnungen gewonnenen Einzelparameterdaten gewährleisten eine Aufteilung des Dreisprunges in Einzeldaten aus denen folgerichtig sich die weiteren Notwendigkeiten für einen optimalen Sprung herleiten lassen.( siehe Punkt 8 )
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Was ist Dreisprung –kurze Erklärung
Der Dreisprung besteht aus den 3 Einzelsprüngen hop - step - jump . |
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Die einzelnen Teilsprünge unterscheiden sich vor allem durch : |
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es gibt somit zwei Möglichkeiten der Sprungbeinreihenfolge :
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- links - links rechts
Diese Technik verändert von Teilsprung zu Teilsprung die zur Verfügung stehende Abfluggeschwindigkeit, die Stemmwinkel, die Abflugwinkel, die Abdruckwinkel, die Landungswinkel , also alle weitenwirksamen Parameter.
Die sich durch die Berechnungen ergebende beste Kombination aller Parameter ist folgende:
hop step jump
Stemmwinkel beim 20,5 / 22,5 21,5 / 23,5 16 / 18 Absprung
Abflugwinkel α 14 / 16 13 / 15 17,5 / 19,5
% - tuale Aufteilung 33,5 / 35,5 27,5 / 29,5 36,5 / 38,5
( siehe auch Punkt 9 << Ermittlung der maximal erreichbaren Dreisprungweite )
Beschreibung der 3 Teilsprünge
Hop
Schon im Anlauf wird ein guter Absprung vorbereitet.
Die letzten Schritte sollten etwas verkürzt und mit hohem Kniehub ausgeführt werden, um einen möglichst kleinen Stemmwinkel zu erreichen.
Der Sprungfußaufsatz sollte möglichst dicht an der KSP-Linie,vertikal erfolgen.
( hier mit den Angaben WSP erfasst)
Ein starkes Absenken des KSP ist zu vermeiden.
Der Sprungfuß ist mit ganzer Sohle aufzusetzen.
Eine vollständige Streckung in Hüfte / Knie / Fußgelenk ist anzustreben.
Das Schwungbein und dann das Sprungbein werden fast bis zur Waagerechten in Vorbereitung des Absprungs zum Step gebracht. Der Oberkörper ist aufrecht zu halten.
Zur Sicherung des Gleichgewichts ist ein Doppelarmschwung oder wechselseitiger Armeinsatz möglich.
Der Abflugwinkel beträgt etwa 14 – 18 grad.
Step
Es ist ein aktiv greifender Absprung zu tätigen, das heißt, das Sprungbein ist aktiv nach unten+ hinten zu führen und in kleinem Abstand zur KSP-Linie,vertikal fast gestreckt auf den Boden zu bringen.
Die Hüfte sollte nach vorn gedrückt werden, was eine bessere Wirkungslinie der Absprungkraft durch die KSP-Linie ermöglicht.
Sonst wie beim Absprung zum hop.
Der step hat wegen der geringen vertikalen Geschwindigkeit den kleinsten Abflugwinkel mit etwa 11 – 15 grad.
Jump
Ziel aller Absprünge und Flugphasen ist es immer, möglichst wenig horizontale Geschwindigkeit zu verlieren.
Der Absprung zum jump erfolgt wie der eines Weitsprunges.
Der Stemmwinkel wird auch hier möglichst klein gehalten, um so viel wie möglich horizontale Geschwindigkeit in den letzten Teilsprung mit zu nehmen.
Der Abdruckwinkel ist ebenso so klein wie möglich zu halten ( ca. 20 grad ), um viel vertikale Absprunggeschwindigkeit entwickeln zu können.
Der Abflugwinkel vergrößert sich trotzdem, wegen der größeren vertikalen und kleineren horizontalen Geschwindigkeit auf etwa 17 – 22 grad.
2.wie können die Weiten der Teilsprünge berechnet werden
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Springt er den hop flach, wird dieser kürzer sein, aber der Springer |
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behält mehr horizontale Geschwindigkeit für einen weiten step . |
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Es gibt in allen Sprungvarianten Weltklasse- Dreispringer. |
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Die Sprungweise ist sicher individuell sehr unterschiedlich , aber vor
allem durch biomechanische + mathematische Gesetzmäßigkeiten
bedingt.
Da die Flugkurve beim Absprung in Höhe des Körperschwerpunktes
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= in etwa beim 1,91 m großen Musterathleten bei 1,13 m beginnt und bei der Landung = Aufsetzen des |
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Sprungbeines oder Landung der KSP eine andere, meist geringere Höhe hat , ist die Flugkurve asymmetrisch, siehe auch Skizze 2 . |
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Der " schräge Wurf " wird deshalb in zwei Hälften zerlegt, ein Teil bis zur maximalen |
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Sprunghöhe mit der Teilweite TW 1 und der andere Teil von der max.Höhe bis zur Landung ( siehe Skizze ) = TW 2 . |
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Die beiden Einzelweiten TW 1 und TW 2 lassen sich nach den bekannten Formeln berechnen. [ 1 ]
WSP = Sprungbeinvorlage zum nächsten Absprung
X0,E = Differenz senkrechte KSP-Linie beim Absprung bis
Fußaufsatz
ε,B = Stemmwinkel Absprungbein
ψ = Abdruckwinkel
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Sehen wir uns die Weitenberechnungsformel näher an:
V,res.2 * sin 2α
W = ______________
g
Die maximale Weite wird also erreicht, wenn V,res. 2 * sin 2 α
ein Maximum erreichen.
Der Abflugwinkel α wird berechnet nach :
V,vert.,Richtung ψ * sin( 90 +ψ )
sin α = _____________________________
V,horz.
Daraus lässt sich erkennen, dass sowohl die Größe der vertikalen ( unter dem Wirkungswinkel ψ ) als auch der horizontalen Geschwin- digkeit die Weite bestimmen.
Da diese Werte in Abhängigkeit zueinander stehen, lässt sich die Entwicklung der Weite nur für den individuellen Fall erklären.
Die Abhängigkeiten der verschiedenen Parameter sind vielfältig, trotzdem gibt es allgemeingültige Aussagen, die hier gefunden werden sollen.
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Vorgehensweise der Berechnungen
Wie gewinnt man nun die Größen der Einzelparameter?
Eine Möglichkeit ist die Auswertung von vielen gemessenen, z.B. 3-D-Video-daten verschiedener Athleten. Diese Erfassung ist aber selbst mit großem Fehlerpotential behaftet. Genaueres dazu in den Punkten 7 + 8 der Darstellung. |
Mit solch unsicherer Ausgangs-Datenlage lassen sich keine belastbaren Zusammenhänge zwischen den weitenbestimmenden Parametern erkennen.
Deshalb wird in dieser Arbeit mit logischen + biomechanischen Zusammenhängen und mathematischen Berechnungen gearbeitet. |
Bei dem aufgestellten Berechnungsschema werden bis zu 13 individuelle Sprungparameter für jeden Teilsprung und daraus 31 berechnete (für jeden Teilsprung ) weitere den Sprung beschreibende Werte verarbeitet.
Individuelle Daten sind :
- V,Anlauf,horizontal - Größe des Athleten - Gewicht Athlet
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Stemmwinkel ε,b vor Hop/step/jump- Absprung ( bzw. WSP + X0,E )
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Kniewinkel beim Absprung
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Abdruckwinkel ψ der Einzelsprünge
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Oberkörperwinkel beim Absprung
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Kraftfaktor des Athleten
Berechnete Werte sind :
- Abflugwinkel α
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Horizontale Geschwindigkeiten aller Teilsprünge
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Vertikale Geschwindigkeiten aller Teilsprünge
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Bremsstöße aller Teilsprünge
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Teilweiten von hop / step / jump
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Maximale Höhe des KSP bei allen Teilsprüngen
Alle Werte haben Auswirkungen aufeinander , vom 1.Teilsprung = hop
bis zum jump.
Dafür als Beispiel die Entwicklung einiger abhängig zueinander passender
Parameter, wenn nur ein Parameter = hier die Rücklage beim Absprung
zum hop, geändert wird.
V,Anl. Rückl. hop WSp Abdr.wi Xo,E Abfl.wi. V,vert. V,vert,. Vres. V,horz.Anf.
Step
jump
Grundwerte:
? 23,4 0,39 18,45 ? 14,67 2,21 2,33 9,45 8,45
26,5 0,43 25,5 0,51 ? 1,85 2,0,6 8,75 7,67
22,0 0,382 20,00 0,405 18,37 2,44 2,60 8,60 7,36
V,horz.,Ende h,max. Bremsstoß Kniewi.,Anf. OK-Wi. Weite
? 1,50 1,55 167 grad 4,5 6,26
8,55 1,326 1,52 169 4,5 5,06
8,25 1,48 1,195 167 3,5 6,03
Geänderte Stemmwinkel :
V,Anl. Rückl. hop WSp Abdr.wi Xo,E Abfl.wi. V,vert. V,vert, Vres. V,horz.Anf.
Step
jump
? 22,0 0,364 19,93 ? 14,98 2,28 2,42 9,62 8,52
23,00 0,382 28,5 0,565 ? 1,92 2,19 9,16 7,91
21,31 0,37 20,77 0,42 17,43 2,43 2,60 8,99 7,74
V,horz.,Ende h,max. Bremsstoß Kniewi.,Anf. OK-Wi. Weite
? 1,51 1,48 167 4,5 6,50
8,96 1,32 1,43 169 4,5 5,37
8,66 1,47 1,22 167 3,5 6,26
( die hier mit ? gefüllten Felder sind in der Vollversion angegeben )
Die in den Beispielen errechneten Parameterwerte können in die Berechnungsformeln eingesetzt werden und ergeben dann
die angegebenen Teilweiten.
Die hier angegebenen Parameterwerte sind noch nicht die optimale
Variante der Sprungwinkel.
Es zeigt sich schon hier , dass die Veränderung von Stemmwinkel /
Abdruckwinkel große Gesamtweitenänderungen bewirken können.
Auch wenn jeder Athlet mit seiner Muskulatur und Skelett individuelle
Fähigkeiten besitzt, bleiben doch die biomechanischen
Gesetzmäßigkeiten für alle gleich.
Diese zu ergründen, ist das Ziel dieser Arbeit.
Nach dem Absprung des Dreispringers steht die Flugbahn des Körper- schwerpunktes fest. |
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Beeinflussbar vom Athleten sind der Stemmwinkel ,der Abdruckwinkel ψ, der Kniebeugewinkel und der Landewinkel α 2 .
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3. speziell zur Berechnung von TW 2 von hop
+ step
Beim Absprung zum step und jump ist zu beachten, dass der Athlet |
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nicht aus dem Lauf unter einem bestimmten Stemmwinkel abspringt , sondern dass der Körper aus der |
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maximalen Sprunghöhe unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung mit seiner ganzen Masse zum Aufsprung/Absprung kommt.
( siehe Skizze 7 + 8 )
Unter Berücksichtigung des Höhenunterschiedes zwischen Körperschwer punktshöhe beim Absprung und bei der Landung ( = delta h )liegt die Landegeschwindigkeit für den 2.Teil des schrägen Wurfes ( = TW 2) nach[ 1 ] bei |
V 2 = Wurzel aus ( V12 + 2g *delta h )
Wenn der Verlust an horizontaler Geschwindigkeit klein gehalten |
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werden soll , darf der Stemmwinkel des aufsetzenden Sprungbeines vom hop nicht zu groß werden, |
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damit der Verlust durch den Bremsstoß gering bleibt. |
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In der Literatur wird als Differenz zwischen der senkrechter KSP-Linie |
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zum Aufsatzpunkt des Sprungfußes beim Absprung 1,5 - 2 Fußlängen angegeben.( = Wsp ) |
Setzt das Sprungbein z.B beim hop weiter vor der KSP-Linie auf, wird der Landewinkel kleiner und somit der Stemmwinkel des Sprungbeines |
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größer, also auch der Bremsstoß für den hop. |
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Es verkleinern sich so V,horz., ebenso V,res., auch V,1,2,ψ und somit die Weite des hop. |
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Der Abflugwinkel des hop wird mit größerem Stemmwinkel kleiner , der des folgenden step größer.
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Der Athlet sollte also versuchen, das Absprungbein recht dicht an der |
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Senkrechten zum KSP zum Absprung für den nächsten Teilsprung zu setzen , um recht wenig an Geschwindigkeit durch den Bremsstoß zu verlieren.
In der Vollfassung der Arbeit folgt hier die Berechnungsformel für TW 2 |
4. welche Kräfte wirken auf den Dreispringer ?
Skizze 7 nach Prof.Stöggl [ 3 ] gibt einen Überblick.
Analog nach dem dort dargestellten CMJ-Sprung gilt auch für jeden
Absprung :
die Fläche A 1 ist der negative Kraftstoß aus dem Bremsstoß resultierend. Die Fläche A 4 ist die Gewichtskraft des Athleten |
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Bremsstoß und Gewichtskraft wirken in negativer Kraftrichtung, mindern also die vertikale Sprungkraft, hier die Flächen A 2 + A 3 .
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In der Vollfassung der Arbeit folgen hier die Berechnungsformeln für die Einzelimpulse
Die Summe der Impulse ist dann die positive vertikale V
= (max.Kraftstoß Athlet - Kraftstoß aus Bremsstoß - Kraftstoß aus |
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Gewichtskraft) / Gewicht |
5. zu den Einzelparametern
Die Geschwindigkeitsentwicklung lässt sich wie folgt beschreiben :
Der Athlet läuft mit der horizontalen Anlaufgeschwindigkeit an.
Er springt mit einem bestimmten Rücklagewinkel ε ab, und reduziert
seine Geschwindigkeit in horizontaler Richtung dabei um den Bremsstoß .
Beim Absprung erzeugt er einen vertikalen Absprungimpuls unter
dem Abdruckwinkel ψ.
Diese Vvert.,ψ addiert sich mit der verbleibenden horizontalen Geschwindigkeit (Anlauf-V minus Bremsstoß) und bildet die zur Verfügung stehende V,resultierend unter dem Abflugwinkel α
( siehe Skizze 5 )
Dies gilt für alle Teilsprünge des Dreisprunges.
Zu jedem Teilsprung reduziert sich die horizontale Geschwindigkeit
um den Bremsstoß, wird aber durch die Sprungkraft im Absprung
wieder erhöht. Den Verlust an zur Verfügung stehender resultierender
Geschwindigkeit zu minimieren, ist die Kunst des Athleten, aus seinen
Fähigkeiten das Optimale zu machen.
Der Bremsstoß + der Stemmwinkel
Um horizontale Geschwindigkeit in vertikale Geschwindigkeit um
zu lenken, muss der Athlet eine Rücklage einnehmen, ansonsten läuft
er einfach gerade aus weiter.
Der Winkel zwischen der Vertikalen und der Linie Fuß durch
Körperschwerpunkt wird dabei als Rücklage = Stemmwinkel ε,B bezeichnet.
Die horizontale Anlaufgeschwindigkeit wird mit dem Aufsetzen des |
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Sprungfußes durch den Bremsstoß auf die für die Sprungweite verwertbare V Anlauf,horz.(rest) verringert.
Je kleiner der Stemmwinkel ist, desto kleiner ist der Bremsstoß und desto größer ist die Teilweite des betreffenden Teilsprunges.
Je kleiner der Stemmwinkel , desto größer ist auch die vertikale Geschwindigkeit dieses Teilsprunges, jedoch sinkt die vertikale Geschwindigkeit des folgenden Teilsprunges.
Es gibt für die optimale Gesamtweite optimale Stemmwinkel eines jeden Teilsprunges, darauf wird später noch eingegangen.
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der Oberkörperwinkel = OK-Winkel
( siehe Skizze 9 )
Der Rumpfwinkel ist beim Weitsprung nach ISP,TU Darmstadt[ 4 ] = 96- 103grad. |
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Daraus folgt, dass OK-Winkel 6-13 grad als gut angenommen wird. |
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Im Dreisprung werden hier geringere Winkel empfohlen, da ein |
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aufrechter Oberkörper einen kleineren effektiven Rücklagewinkel ( geringeren Bremsstoß) mit sich bringt, |
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was für die Weite aller Teilsprünge wichtig ist |
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OK-Winkel Dreisprung daher <<< 2 bis 8 grad |
der Abdruckwinkel ψ
Skizze 6 zeigt, welcher Winkel der Abdruckwinkel ist.
Es ist der Winkel, unter dem der Athlet seinen vertikalen Sprungkraft-
impuls beim Absprung erzeugt. ( gemessen zur Vertikalen)
Der Abdruckwinkel ψ steht in seiner Erzeugung in Zusammenhang mit
dem Rücklagewinkel ε zu Beginn des Absprunges. ( = Umlenkwinkel )
Je größer der Rücklagewinkel , desto kleiner der Abdruckwinkel, je „steiler“ wird also abgesprungen.
Der Kraftimpuls für die vertikale Geschwindigkeit unter dem Winkel ψ
ist also V1,2,ψ .
Bei der Betrachtung eines Sprunges sieht man also zunächst die
Abdruckrichtung / den Abdruckwinkel und nicht den Abflugwinkel α .
Zunächst wird aus V,1,2,ψ und V,horz. die V,res. = resultierende
Geschwindigkeit eines jeden Teilsprunges ermittelt.
Für ψ lassen sich für jeden Teilsprung einige Zusammenhänge
erkennen :
<<< je kleiner ε,f , desto größer ψ , weiter daraus – desto größer α ,
deshalb desto größer die Sprungweite.
<<< je größer ψ des hop , umso größer die Gesamtweite, aber der
step wird kleiner.
<<< wird bei gleichem ε,B der Abdruckwinkel ψ vergrößert, steigt die
Gesamtweite
<<< je größer ψ eines Teilsprunges , umso kleiner wird h.max.
Der Kraftfaktor
Der Kraftfaktor ist hier der Ausdruck für die spezielle Sprungkraft eines Athleten.
Er wird ermittelt durch die Bestimmung der speziellen Sprungkraft eines
jeden Athleten
Ermittlung von V,resultierend
Der Athlet erzeugt durch seinen Anlauf einen horizontale Kraftimpuls
- V,horz. –
Und durch den Absprung einen vertikalen Kraftimpuls
<<< V,vert. = V 1,2
Beide bewirken die resultierende Komponente - hier V,res.
In die Berechnung der Weite jeden Teilsprunges geht die resultierende
Geschwindigkeit
V,res.
ein.
Skizze 10 zeigt die Situation für jeden Absprung.
Um den Winkel γ berechnen zu können, ( siehe Skizze 10 ) braucht
man die Größe des Abflugwinkels α .
Der Abflugwinkel α
Skizze 10 zeigt die Zusammenhänge
Der Abflugwinkel hat neben der Abfluggeschwindigkeit V,res. den
größten Einfluss auf die Sprungweite, zu sehen am Aufbau der
Berechnungsformel.
Er berechnet sich aus dem Kraftimpuls für die vertikale Geschwindigkeit
unter dem Winkel ψ ( Abdruckwinkel ), also Vvert.,ψ und der hori-
zontalen Geschwindigkeit nach dem Absprung.
Er geht mit dem doppelten Betrag ein.
Der Abflugwinkel steht dabei aber
im umgekehrten Verhältnis zur Abfluggeschwindigkeit.
Während sich der sin-Wert des Abflugwinkels
mit größer werdendem Winkel ebenfalls vergrößert, wird die
Abfluggeschwindigkeit V,res. mit größerem Winkel kleiner.
Es ist also ein maximaler Wert des Produktes aus
Abflug-V 2 mal sin 2α 1 zu finden. ( bzw. für TW2 = sin 2α2 )
Landewinkel / Landedifferenz delta L
beim jump
Skizze 4 zeigt die Situation bei der Landung des jump.
Der Landewinkel des Körperschwerpunktes = α2 hängt von derAbflug- geschwindigkeit V res , dem |
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Abflugwinkel α1 und der Landegeschwindigkeit V 2 ab.
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Die Horizontalkomponente der Abfluggeschwindigkeit V res. bleibt während des |
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gesamten Sprunges wegen des Trägheitsgesetzes konstant. |
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es gilt deshalb : cos α2 = (Vres.*cosα1)/V2 |
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Über die arccos - Funktion lässt sich α 2 berechnen.
6. Zusammenhänge zwischen den weitenbestimmenden
Parametern
Wie sehen nun die Änderungen der Teilweiten hop/step/jump aus, wenn sich
ein Parameter beim hop ändert?
a. Der Rücklagewinkel ε,b ( bzw. ε,f ) wird größer
Dann sind die Auswirkungen auf die Teilweiten :
ε,f bei hop hop step jump Gesamt
wird größer TW 1 kleiner größer kleiner
TW 2 kleiner größer größer
Gesamt kleiner größer gleich kleiner
Wird der Rücklagewinkel beim step geändert, hat dies dieselben
Auswirkungen auf den step/jump.
b. Wsp und ε,b bedingen einander,
das heißt , wird WSP größer , wird auch der Rücklagewinkel ε,B größer
Je kleiner WSP , desto größer die Weite dieses Teilsprunges
c. Xo,E und ψ bedingen einander,
das heißt , wird Xo,E größer , wird auch der Abdruckwinkel ψ
größer.
Je größer Xo,E , desto größer die Weite dieses Teilsprunges.
d. Der Abdruckwinkel ψ wird vergrößert
Dann sind die Auswirkungen auf die Teilweiten :
ψ bei hop hop step jump Gesamt
wird größer TW 1 größer leicht kl. leicht gr.
TW 2 größer leicht kl. leicht kl.
Gesamt größer
Wird der Abdruckwinkel beim step geändert, hat dies dieselben
Auswirkungen auf den step/jump.
Die Veränderung von ψ hat jeweils nur Auswirkungen auf den
betreffenden Teilsprung.
e. Zusammenhang zwischen ε,B , dem Abflugwinkel α sowie den
Teilweiten
Die Auswirkungen einer veränderten Rücklage z.B. beim hop sind
folgende :
ε,b bei hop hop step jump Gesamt
wird kleiner
Bremsstoß kleiner leicht gr. l.größer
V,horz.,A größer größer größer
V,vert. größer kleiner gleich
V,res. größer größer größer
α größer kleiner leicht kleiner
Weite größer l.kleiner größer
Gesamt größer
f. Kleinere Anlaufgeschwindigkeit
Je kleiner die Anlauf-V , um so kleiner muss der Abflugwinkel sein,
um die optimal mögliche Weite zu erzielen.
Insgesamt verringert sich natürlich die Weite, wenn ein Athlet lang-
samer anläuft.
g. Einfluss der Kraft = hier KF
eine Steigerung der Kraft = KF führt zu größerem Abflugwinkel α,
wegen einer größeren V,vert.,ψ und V,vert.
Und damit zu einer größeren Weite.
Eine Minderung der Kraft = KF führt zu kleinerem Abflugwinkel α,
wegen einer kleineren V,vert.,ψ und V,vert.
Und damit zu einer kleineren Weite.
h. Optimaler Abflugwinkel α
Der optimale Abflugwinkel ist abhängig von:
. der horizontalen Anlauf – V
. dem Stemmwinkel
. dem Abdruckwinkel
. dem Kraftfaktor, und somit
. der vertikalen Abdruckgeschwindigkeit
Der Abflugwinkel muss bei kleinerer Anlauf-V ebenfalls kleiner
werden, um die optimale Weite zu erzielen.
Ein größerer Abflugwinkel beim hop bewirkt einen kleineren Abflug-
winkel beim step, dementsprechend auch eine größere Teilweite
beim hop und eine kleinere beim step.
Je größer der Abflugwinkel eines Teilsprunges, desto größer auch
dessen Teilweite.
i. Zusammenhang erzielbare Gesamtweite
und prozentuale Anteile der Teilsprünge
Nach Optimierung der Parameter
verteilt sich bei einem Sprung auf 18 m-Niveau auf die Teilsprünge
etwa wie folgt :
Hop = 35 %
Step = 28 %
Jump = 37 %
Die Auswertung der Sprünge z.Zt, also etwa ab Jahr 2000 zeigt eine etwaige Aufteilung
der Gesamtweiten hop = 36,5 5 / step = 29,3 % / jump = 34,2 %
Optimale Weiten nach Arbeit Sonnemann zeigen die Aufteilung etwa mit :
hop = 34,8 % / step = 28,1 % / jump = 37,1 %
Es findet bei optimalen Sprüngen also eine Verschiebung der Anteile zum jump hin statt.
Vor allem der hop sollte relativ zur Gesamtweite kürzer gesprungen werden, mit dem Hintergrund, dass von Teilsprung zu Teilsprung möglichst wenig Geschwindigkeitsverlust stattfindet.
Nach allgemeiner Auffassung erkennt man einen guten Dreispringer
an der Weite seines - step -
Das ist auch richtig, trotzdem sich mit dieser Arbeit zeigt, dass es besser ist, auch
beim Step darauf zu achten, dass möglichst wenig horizontale Geschwindigkeit verloren geht.
.
Es ist nicht der step der beste, der am weitesten gezogen wird.
Auch wenn die verschiedenen Springertypen- schnelligkeitsbetont oder kraftbetont- eine andere %-tuale Aufteilung der
Gesamtweite haben, ist die Gesamtweite größer, wenn der step
in der Weite nicht bis zum Letzten ausgereizt wird, sondern
immer so gesprungen wird, dass möglichst wenig horizontale Geschwindigkeit verloren
geht.
Das liegt daran, dass bei Sprüngen auf Weite die resultierende
Abfluggeschwindigkeit V,res. mehr Einfluss hat, als der Abflugwinkel. ( siehe Berechnungsformeln )
Und die resultierende Abfluggeschwindigkeit wiederum vor allem von der horizontalen Geschwindigkeit abhängt.
Eine gleichmäßigere % – tuale Aufteilung der Gesamtweite würde die Vergrößerung des step als Ziel bedeuten.
Das bewirkt aber das Gegenteil für die Gesamtweite, die kleiner
werden würde !
Beispiel:
Ein praktisches Beispiel dafür, dass eine Vergrößerung des step eine
kleinere Gesamtweite bedeuten kann.
Eine Vergrößerung des step lässt sich z.B. durch das weitere Aufsetzen des Sprungbeines für den Absprung zum jump erreichen.
Gehen wir vom optimalen weitesten Sprung = 18,88 m , in Punkt 9 , aus.
ε,B α V,res. V,vert. V,horz. Weiten %-Anteile
hop
step
jump
20,67 15,26 9,71 2,34 9,43 6,57 34,8
22,20 13,63 9,27 1,94 9,06 5,31 28,1
17,13 18,06 9,41 2,61 9,12 7,00 37,1
Gesamt= 18,88
Derselbe Athlet setzt nun das Sprungbein zum jump 5 cm weiter nach vorn auf, das bewirkt
eine größere Stepweite von 5,41 m und folgende weitere Änderungren:
20,67 15,26 9,71 2,34 9,43 6,57 35,3
22,02 13,63 9,27 1,94 9,06 5,41 29,1
20,10 17,49 9,27 2,48 8,94 6,63 35,6
Gesamt= 18,62
Was ist passiert?
Der Sprung insgesamt hat eine gleichmäßgere Aufteilung erhalten, allerdings Ist trotz des 10 cm längeren steps die Gesamtweite um 26 cm gesunken.
Aus folgenden Gründen :
Das weitere Vorsetzen des Sprungbeines zum jump bewirkt eine Vergrößerung der step-weite um 10 cm , allerdings vergrößert sich dadurch der Stemmwinkel beim Absprung zum jump von 17,13 grad auf 20,10 grad.
Dadurch wird der Bremsstoß größer und die horizontale Geschwindigkeit des jump sinkt.
Ebenso die Abfluggeschwindigkeit V,res. des jump , was entscheidend für die Weite des jump ist, die sich von 7,00 m auf 6,63 m verringert.
Der step ist zwar weiter geworden , der jump aber wesentlich kürzer , was die Gesamtweite kleiner werden lässt.
Sehen wir uns die weitesten Sprünge bisher an, so sieht das so aus:
<<< Edwards, WR = 18,16 m , 1995
6,12m – 5,19m – 6,85 m
33,7 % 28,6 % 37,7 %
<<< Edwards , WR = 18,29 m , 1995
6,05 m – 5,22 m – 7,02 m
33,1% 28,5% 38,4%
<<< Ch.Taylor , 18,10 m
6,19m – 5,29m – 6,62m
34,2% 29,2% 36,6%
Der step hat bei diesen Springern relativ wenig %-Anteil an der Gesamtweite, die aber sehr groß ist.
Anders dagegen bei :
<<< Ph.Idowu ,= 17,77 m
6,67m – 5,64m – 5,60m
37,5% 31,7% 31,5%
<<< Ch.Friedeck= 17,47 m eff.
6,50m – 5,30m – 5,67m
37,2% 30,3% 32,5%
Der Step ist weiter als bei den WR-Sprüngen, die Athleten brechen aber beim jump ein und erzielen eine wesentlich kleinere Gesamtweite.
7. zur Verlässlichkeit messtechnisch gewonnener
Daten
Die aus messtechnisch Verfahren gewonnenen Daten sollen genaue |
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Aufschlüsse über die Zusammenhänge der leistungsbestimmenden Parameter einer Sportbewegung bringen. |
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Trotz hohen technischen Aufwandes mittels Kraftmessplatte oder 2-3-D-Verfahren mit Kameras |
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sind die gewonnenen Daten oft nicht genau genug, bzw. bergen ein erhebliches Fehlerpotential. |
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Dr.A.Huber schreibt dazu in [ 2 ; Seite 30 ] : |
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" In den meisten Studien wird unter anderem wegen des messtechnischen Aufwands |
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auf die Ermittlung der exakten Anfangsgeschwindigkeit als Parametergröße verzichtet….. |
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In welchem Toleranzbereich sich die leistungsrelevanten Merkmale rein |
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rechnerisch für eine bestimmte Sprungweite bewegen können, wurde erst |
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sehr wenig oder nur sehr vereinfacht beschrieben. |
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Welche Möglichkeiten und Strategien bestehen, mit tatsächlichen Anfangsbedingungen |
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oder individuellen Voraussetzungen die maximale Weite zu erreichen, wird zwar häufig diskutiert, ist |
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aber ebenso bisher nicht abschließend untersucht. " |
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Mit welchen Fehlerquoten erfasste Daten behaftet sein können,
beschreibt
Dr.W.Killing in seinem Hochsprungbuch, Ausgabe 2004 in
Punkt 5.3.4 ,[ 4 ]:
Danach sind Körperschwerpunktsbestimmungen mit +/- 3 %
anzunehmen ,
Beschleunigungsmessungen haben +/-12 % Fehlerquote , die Messung der
horizontalen V hat bis 0,2 m/ s Fehlerquote.
Die Bestimmung der max.Körperschwerpunktshöhe desselben Sprunges lag
zwischen 2,49 m ( Ritzdorf+Conrad) und 2,36 m ( Dapena ),
(Hochsprung)
Überdies sind die veröffentlichten Parametergrößen unvollständig.
Es fehlen durchgängige Meßgrößen , aus denen der jeweils nächste Schritt
begründbar und nachvollziehbar ist.
Wird die horizontale Anlaufgeschwindigkeit im Dreisprung angegeben,
fehlt als nächster Schritt die Ausweisung des Bremsstoßes, oder des
Abdruckwinkels usw.
Besonders zu beachten ist, dass es sich bei den gemessenen Angaben zum
“ Abflugwinkel „ nicht um den eigentlichen Abflugwinkel α ,sondern um
den Winkel der beim Absprung generierten vertikalen Geschwindigkeit
in Richtung des Abdruckes = V,vert,ψ handelt.
Bei der Betrachtung eines Sprunges sieht man also zunächst die
Abdruckrichtung / den Abdruckwinkel und nicht den Abflugwinkel α .
Dies wird in den Beschreibungen des Absprungs bei den Sprüngen oft
nicht konsequent auseinander gehalten.
Der Abflugwinkel α ist erst die vektorielle Addition von V,vert,ψ und
V,horz.,E
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8. Überprüfung von gemessenen Parametergrößen an
der Leistungswirklichkeit
Datenreihen von gemessenen Parametern, die einen Dreisprung oder
auch Hochsprung komplett beschreiben, sind selten, es wird ein
ziemliches Geheimnis daraus gemacht.
Die Unsicherheit der messtechnisch gewonnenen Daten soll an
folgenden Beispielen gezeigt werden:
-
Daten für Dreisprung nach Angaben EM , München 2002;[Anlage 2 ]
Jump-Weite
-
Olsson:
gemessene Werte sind( siehe Anlage 3) <<< V,horz.= 10,05 m/s
V,horz,jump = 7,67 m/s
V,vert.,jump= 2,28 m/s
Abflugwinkel,jump = 17 grad
Weite,jump = 6,26 m
Nach den Berechnungsformeln des schrägen Wurfes im Dreisprung
u.a. ergibt sich aber , dass die Jump-Weite mit diesen genannten
Werten nur etwa 5,25 m sein kann.
Übrigens würde 7,67 m/s Horizontalgeschwindigkeit etwa einer 100m-
Zeit von 13,80 s entsprechen. Kann ein Schüler mit so einer
Schnelligkeit 6,26 m weit springen, selbst bei Berücksichtigung der
größeren Sprungkraft des untersuchten Athleten Olsson bei seinem
Sprung ?
2.Edwards :
Gemessene Werte sind (wieder EM 2002;Anlage 2):
<<< V,horz.,jump = 7,04 m/s
V,vert,jump = 3,02 m/s
Abflugwinkel,jump = 23 grad
Weite,jump = 6,14 m
Nach den Berechnungsformeln des schrägen Wurfes u.a. ergibt sich
aber , dass die Jump-Weite mit diesen genannten Werten nur etwa
5,59 m sein kann.
Die gemessenen Einzelwerte passen also nicht mit den daraus
erzielbaren Weiten für den jump zusammen.
Bei Olsson ist zu vermuten, dass sowohl die horizontale Geschwindigkeit
beim jump , als auch der Abflugwinkel zu gering gemessen wurden.
Bei Edwards ist die angegebene V,horz. zu gering und die V,vert. zu
hoch gemessen.
b. Beispiel aus dem Hochsprung :
Fußabstand zur Latte bei Absprung
Auf Seite 197 des Buches von Dr.Killing/Böttcher/Keil [ 6] werden 2
Sprünge von M.Barshim mit Parametern aus einer 3-d-Analyse
hinterlegt.
Die dort für einen 2,41 m –Sprung genannten Größen sollen nun auf
Plausibilität untersucht werden.
Gemessene Daten nach [ 6 ] für Barshim Sprung über 2,41 m :
max.KSP-Höhe = 2,49 m
KSP-Höhe,Abflug = 1,23 m
vertikale Abflug-V = 4,97 m/s
horz. Abflug-V = 4,60 m/s
Abflugwinkel = 47,2 grad
Abstand Fußspitze zur Latte = 1,43 m
Rücklagewinkel = 24 grad
Horizontale Anlauf- V = 8,01 m/s
Zum Fußabstand zur Latte beim Absprung :
. genannt ist hier ein Abstand von 1,43 m .
Kann das real sein?
. die Steigehöhe eines Sprunges errechnet sich nach
H,max. = ( Vres.2 * sin 2 α ) / 2g
. um 2,41 m hoch zu springen, müsste bei einer
Lattenüberhöhung von 7 cm die Steigehöhe 2,49 m – KSP
-Höhe beim Absprung von 1,23 m = 1,26 m betragen.
Die horizontale Weite, bei der die Steigehöhe 1,26 m unter
einem Abflugwinkel 47,2 grad erreicht wird, ist :
W,max. = 1,26/tan 47,2 grad = 1,167 m
Der optimale Fußabstand beim Absprung zur Latte beträgt
also 1,17 m.
Genau bei diesem Abstand des Fußes zur Latte erreicht der
Springer, dass seine maximale Flugbahnhöhe direkt über
der Latte liegt.
Bei den genannten Parametergrößen des Sprunges von
Barshim ist ein angeblicher Fußabstand von 1,43 m sehr
unwahrscheinlich .
Barshim wäre bei diesem Absprungabstand auf die Latte
gefallen.
Wenn der Fußabstand wirklich 1,43 m war , dürfte Barshim
nur mit einem Abflugwinkel von 41,4 grad abspringen.
zu den Geschwindigkeiten :
. als ( angeblich )gemessene Geschwindigkeiten werden genannt:
Vertikale Abflug-V = 4,97 m/s <<<
horizontale Abflug-V = 4,60 m/s
Und das bei einem Abflugwinkel von α= 47,2 grad.
Da sich der Abflugwinkel α aus dem Verhältnis V,vert/V,horz.
errechnen lässt, wäre α = 4,97/4,60 = tan α= 1,08 <<<
α = 47,21 grad , also bis auf 2 Stellen nach dem Komma,
wären die theoretisch richtigen Werte auch gemessen
worden.
Das sieht doch sehr nach nachträglich eingetragenen Werten und
nicht nach gemessenen aus.
. auch der Bezug der angeblich gemessenen Geschwindigkeiten zur
nötigen Steigehöhe bestätigt, dass hier offensichtlich nachgeholfen
wurde.
Um die für einen 2,41 m Sprung nötige Steigehöhe von 1,26 m
zu erreichen, braucht man eine V,res. von 6,77 m/s , denn
V,res.2 = (1,26 * 19,62) / sin2 47,2 grad <<< V,res. = 6,776 m/s
Da V,res.= V,vert./sin 47,2 grad ist = 4,97/0,7337 = 6,774 m/s ,
sind die angeblich gemessenen ( ! ) Geschwindigkeiten
V,vert.= 4,97 und V,horz.= 4,60 wiederum bis auf die 2.Stelle
nach dem Komma genau richtig.
zum Rücklagewinkel bei Absprung :
Lt.Killing..[ 6 ],Seite 197 , hat Barshim bei seinem 2,41 m Hoch-Sprung
einen Rücklagewinkel von 24 grad ( 90-66 ).
Das ist eine Gradzahl für die Absprungrücklage wie sie im Dreisprung
üblich ist, wo man vor allem beim Absprung wenig horizontale
Geschwindigkeit verlieren will.
Im Hochsprung jedoch will man vertikale Abfluggeschwindigkeit mit dem
Absprung produzieren, und das erfordert einen wesentlich größeren
Rücklagewinkel für einen 2,41 m Sprung.
Was ist denn mit 8,01 m/s Anlauf-V bei 24 grad Rücklage für eine
Sprunghöhe möglich?
( nach Berechnungsschema Sonnemann [ 7 ] ergibt sich )
Der Bremsstoß von etwa 3,10 m/s würde die horz.V auf 4,9 m/s
reduzieren.
Als vertikale V sind etwa 4,2 m/s zu erwarten <<< , als resultierende
Geschwindigkeit für die Flugkurve ergeben sich etwa 7 m/s
und als Abflugwinkel= 31,3 grad.
Die Steigehöhe berechnet sich mit der bekannten Formel des schiefen
Wurfes auf 0,67 m, was zu einer Sprunghöhe von = 0,67 + 1,03 m
KSP-Höhe bei Absprungbeginn + 0,22 m Hubhöhe – 0,07 m Latten-
überhöhung = 1,85 m führt.
Mehr ist mit so einem kleinen Rücklagewinkel und kleinem
Abflugwinkel nicht drin.
Im Buch Killing[ 6 ] werden übrigens auch für den Rücklagewinkel eines
2,41 m – Sprunges 31 grad genannt.
Den Werten aus den Video-Analysen ist augenscheinlich nicht viel
Bedeutung zu geben.
Daraus Richtlinien/ Vorgaben für die Technikausrichtung der Athleten zu
entwickeln, geht in die falsche Richtung.
Ob mit den berechneten Größen nach Sonnemann für die verschiedenen
leistungsbestimmenden Parameter wirklich sinnvolle Weiten und
Zielmarken berechnet werden können , zeigen die Datenreihen im Text.
Ändert man auch nur eine Größe, ergeben sich immer nachvollziehbare
Änderungen in abhängigen Größen.
Das Berechnungsschema liefert also theoretische Werte, die aber nur Sinn
machen, wenn man ihnen die vom Athleten bereits erzielten Werte gegen
über stellen kann.
Doch wie die erzielten Werte eines Athleten messen ?
Es ist doch gerade festgestellt worden , das Messdaten aus Videoanalysen
nur relativ schlechte Werte ermöglichen.
Beschleunigungen / Geschwindigkeiten sollten nicht durch Video-
Messdaten ermittelt werden, sie sind, wie beschrieben mit einer
Fehlerquote von bis zu 12 % behaftet.
Es würden so evtl. tatsächliche Werte eines Athleten mit den theoretisch
falschen Werten verglichen.
Aber es lassen sich durch Videoaufnahmen z.B. gut die Parameter WSP
und Xo,E messen und daraus die wichtigen tatsächlich gesprungenen
Parameter des Rücklagewinkels und des Abdruckwinkels bestimmen.
So kann schon hier eine Korrektur der Sprungtechnik ansetzen.
9. Versuch der Ermittlung der zur Zeit maximal erreichbaren
Dreisprungweite :
Ausgang :
Die horizontale Anlauf – V beträgt dabei = ( siehe Vollversion der Arbeit ) , der
Athlet ist 1,91 m groß und wiegt 75 kg., er hat einen Kraftfaktor von 1,0.
Durch Veränderungen der Rücklagewinkels und der Abdruckwinkel der
Einzelsprünge wird die erzielbare Gesamtweite verbessert, bis auf
folgende mögliche Einzelparameter :
ε,B α WSP Xo,E Uml.wi. ψ ε,f V,horz.. V,horz.. V,vert,ψ V.vert. V,res Brems h,max. TW %
Hop Anfang Ende
Step
jump
? 15,26 0,34 0,418 40,50 19,83 8,14 8,58 9,43 2,49 2,34 ? 1,42 1,533 6,57 34,8
22,2 ? 0,375 0,56 50,41 ? 8,55 8,02 9,06 2,21 1,94 9,27 ? 1,327 5,31 28,1
17,13 18,06 ? ? 40,08 22,96 6,63 8,02 9,12 2,84 2,61 9,41 1,047 1,523 7,00 37,1
18,88
( hier fehlende Werte sind in der Vollversion vorhanden )
Bei optimalen Werten aller beeinflussbaren weitenrelevanten Parametern wäre m.M. nach z.Zt. eine maximale Sprungweite von 18,88 m möglich.
Anlage 1
Skizzen
Anlage 2
Messdaten von Wettkämpfen
Europameisterschaft 2002 , München
[ 4 ] Dr.W.Killing , Trainings-und Bewegungslehre des Hochsprungs, 2004 ; Köln , Strauß-Verlag [ 5 ]) Bauersfeld/Schröter,Grundlagen der Leichtathletik ,Sportverlag Berlin, |
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1979 [ 6 ] Dr.W.Killing/Böttcher/Keil , sportwissenschaftliche Aspekte des Hochsprungs, 04/2016 ;Köln,Strauß
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