Biomechanische analyse van gymnastische sprongen op de ......handstand overslag uit te voeren. 1.1.2...

Opleiding Lichamelijke Opvoeding en Bewegingswetenschappen

Academiejaar 2009-2010

Door: Wittevrongel Mathias

Wijns Jeroen

Promotor: Prof. Dr. De Clercq Dirk Copromotor: Dr. Segers Veerle Begeleider: Lic. Breine Bastiaan

Biomechanische analyse van gymnastische sprongen

op de Pegasus met nadruk op de reactiviteit in de

bovenste ledematen

Masterproef voorgelegd tot het behalen van de graad van Master in de Lichamelijke

Opvoeding en Bewegingswetenschappen

Voorwoord

Om in het academiejaar 2009-2010 af te studeren als Master in Lichamelijke Opvoeding en

Bewegingswetenschappen aan de universiteit te Gent waren wij genoodzaakt een eindwerk te

schrijven. Dit was echter niet mogelijk geweest zonder de deskundige begeleiding en kritische

kijk van onze promotor Prof. Dr. De Clercq Dirk en copromotor Dr. Segers Veerle die ons

bijstonden bij het theoretisch onderbouwen en opvolgen van onze scriptie. Tevens willen wij

ten zeerste onze begeleider Doctorandus Licentiaat Breine Bastiaan bedanken voor het vele

verbeterwerk, praktische opvolging en opbouwen van deze thesis. Wij beseffen dat veel

kostbare tijd van jou naar onze thesis ging waarvoor enorm veel dank. Ook de technische

medewerkers Spiessens Davy en Gerlo Joeri die ons voorzagen van alle nodige apparatuur en

programma’s worden bedankt voor hun vrijwillige medewerking aan dit onderzoek.

Verder danken wij de gymnasten die hun instemming gaven om aan dit onderzoek deel te

nemen want zonder hen zou er van data geen sprake zijn. Ook onze vrienden en familie die

ons gedurende dit lange en moeilijke academiejaar gesteund hebben worden bedankt. Wij

hopen dat deze scriptie bijdraagt tot en kan dienen als een basisfundering voor verder

wetenschappelijk onderzoek binnen dit domein.

Wij wensen u alvast veel leesplezier en hopen dat dit werk uw kennis verrijkt.

Samenvatting

Doelstellingen

Het doel van deze studie is het berekenen van de reactiviteit in de bovenste ledematen bij een

handstandoverslag en het aanbieden van een methodiek die geïmplementeerd kan worden in

verdere wetenschappelijke onderzoeken rond dit gegeven. Als hypothese wordt gesteld dat de

betere gymnasten betere waarden voor reactiviteit of stijfheid zullen vertonen wat wil zeggen

dat reactiviteit ook een prestatiebepalende factor is.

Methodiek

5 gymnasten met ervaring op A- of B-niveau sprongen meerdere malen een

handstandoverslag over een geïnstrumenteerde, verzwaarde en verankerde plint. Data werden

verkregen via high-speed infrarood camera’s (qualysis), casio high-speed camera’s, Noptel

laser en een krachtplatform in de kop van de plint. De ruwe data werden verwerkt met

Qualysis en Visual 3D om een digitale 3-dimensionale reconstructie te bekomen van de

verschillende sprongen.

Resultaten

De grondreactiekracht in de drie verschillende richtingen (verticaal, voor-achter, links-rechts)

werden berekend. De verticale grondreactiekracht bestond uit twee pieken waarvan de eerste

( passieve) veel hoger was dan de tweede (actieve). De voor-achter grondreactiekrachten

waren gedurende de hele contacttijd negatief.

De eerste gymnast heeft betere TO condities dan de tweede gymnast en dit weerspiegelt zich

in een grotere en steilere vectoriële vTO. De eerste gymnast heeft een vectoriële snelheid van

3.83 m/s onder een hoek van 24.9 °. De tweede gymnast heeft een vectoriële snelheid van

3.25 m/s onder een hoek van 16.8 °.

De effectieve actieve verticale impuls (interval met continue snelheidsaf- of toename) werd

berekend op basis van de verandering in verticale snelheid en de verandering in deze impuls

(TD-Vvertmax) werd vergeleken met de effectieve actieve verticale impuls verkregen via de

grondreactiekracht. Beide lagen voor de twee proefpersonen in dezelfde grootteorde. Ook de

horizontale impuls werd berekend via snelheid en vergeleken met de horizontale impuls

verkregen op basis van de grondreactiekracht. Dit gebeurde zowel voor het interval van TD-

Vvertmax als voor de volledige contacttijd. Voor beide proefpersonen lagen de waarden in

dezelfde ordegrootte.

Beide gymnast vertonen een afname in angulair momentum tijdens plintcontact. De kracht

vector staat gedurende de hele beweging dorsaal van het LZP wat de voorwaartse rotatie

afremt. Ook aankomen vertrekhoek werden bepaald.

De eerste proefpersoon komt op de plint met een hoek van 30.6° en verlaat de plint voor de

verticale (86.4°). Proefpersoon twee komt, ten opzichte van de horizontale, steiler in (40.34°)

en verlaat de plint voorbij de verticale (90.48°).

De krachtimpuls werd berekend als controle en loopt in dezelfde grootteorde als de afname in

momentum.

Uit het berekenen van de gewrichtshoeken kwam naar voor dat de eerste proefpersoon in het

algemeen meer flexie vertoont in de gewrichten en dit voor zowel schouder, elleboog, heup

als heuphyperextensie hoek. De verandering van deze hoeken in de tijd was minder te zien bij

de eerste proefpersoon wat wil zeggen dat deze meer vormspanning vertoont, wat wijst in de

richting van het reactiever reageren op de plint.

De grafiek van de radiale afstand in de tijd geeft ons een dalende en een stijgende fase. Er is

sprake van een compressie- en repulsiefase tijdens het contact op de plint.

De tweede piek van de radiale kracht blijkt samen te vallen met het moment van maximale

compressie. Stijfheid in de tijd toont een initiële piek gevolgd door een daling en afvlakking.

Volgens de waarden voor stijfheid, in tegenstelling tot eerdere verwachtingen, reageert de

tweede gymnast reactiever dan de eerste gymnast. Stijfheid werd op twee verschillende

manieren berekend en beide methoden gaven hetzelfde resultaat.

Er is een schijnbare discrepantie tussen enerzijds de TO condities, contacttijd, impuls-

momentum relatie, radiale kracht en vormspanning (waar de eerste gymnast beter scoort dan

de tweede) en anderzijds de radiale compressie, radiale stijfheid en elleboog (waar de tweede

gymnast als beter naar voor wordt geschoven). Ookal zijn de waarden voor radiale stijfheid

lager bij de eerste gymnast, dit wordt toch als meer functioneel kaatsen beschouwd aangezien

de grotere radiale compressie wordt gevolgd door een waarschijnlijk actieve repulsie.

Besluit

Of reactiviteit als prestatiebepalende factor gezien mag worden is niet eenduidig. Resultaten

leiden tot een discrepantie in de conclusies aangezien de naar voor geschoven betere kaatser,

de minder reactieve gymnast blijkt te zijn volgens enkele resultaten. Krachten, contacttijd,

aanvalshoek, angulair momentum en gewrichtshoeken blijken de eerste gymnast als betere

kaatser te bestempelen. Stijfheid, radiale afstand en radiale compressie echter brengen de

tweede gymnast naar voor als betere kaatser. Naar methodiek toe moet er benadrukt worden

dat er alleen rekening werd gehouden met radiale kracht en compressie. Door een

vereenvoudiging van het antropometrisch model in functie van berekeningen van het LZP zijn

de positie en snelheidsbepalingen, zowel lineair als angulair, een best mogelijke benadering in

het actuele onderzoeksopzet.

Inhoud

Voorwoord ................................................................................................................................................

Samenvatting .............................................................................................................................................

Doelstellingen ........................................................................................................................................

Methodiek .............................................................................................................................................

Resultaten .............................................................................................................................................

Besluit ....................................................................................................................................................

1. Literatuurstudie ................................................................................................................................... 1

1.1 Inleiding ......................................................................................................................................... 1

1.1.1 Gymnastiek en talentdetectie ................................................................................................ 1

1.1.2 Reactiviteit/ Stijfheid/ Kaatskracht ........................................................................................ 1

1.1.3 Van verspringen naar handstandoverslag .............................................................................. 2

1.2 Veermassamodel lopen ................................................................................................................. 3

1.2.1 Inleiding .................................................................................................................................. 3

1.2.2 Stijfheid ................................................................................................................................... 4

1.3 Stijfheid/Reactiviteit bovenste ledematen.................................................................................... 6

1.4 Handstand overslag en sprongen .................................................................................................. 8

1.4.1 Inleiding .................................................................................................................................. 8

1.4.2 Verspringen ............................................................................................................................ 9

1.5 Model Dainis ................................................................................................................................ 12

1.5.1 Pre-flight ............................................................................................................................... 13

1.5.2 Compressie ........................................................................................................................... 13

1.5.3 Repulsie ................................................................................................................................ 14

1.5.4 Post-flight ............................................................................................................................. 14

1.6 Prestatiebepalende factoren ....................................................................................................... 15

1.6.1 Prestatiebepalende factoren: TDboard - TOboard (afstoot springplank) ................................... 18

1.6.2 Prestatiebepalende factoren: TOboard - TDhorse (1ste vluchtfase) ............................................ 18

1.6.3 Prestatiebepalende factoren: TDhorse - TOhorse (blokfase!!) ................................................... 19

1.6.4 Correlaties en gemiddelde waarden .................................................................................... 20

1.7 Doelstelling en hypothese ........................................................................................................... 23

2. Methode ............................................................................................................................................ 24

2.1 Pretesten (29/10/2009) ............................................................................................................... 24

2.1.1 Populatie............................................................................................................................... 24

2.1.2 Protocol ................................................................................................................................ 24

2.2 Testen (12/04/2010 – 13/04/2010) ............................................................................................ 24

2.2.1 Populatie............................................................................................................................... 24

2.2.2 Protocol ................................................................................................................................ 25

2.2.3 Dataverzameling ................................................................................................................... 27

3. Resultaten .......................................................................................................................................... 33

3.1 Inleiding en pretesten ................................................................................................................. 33

3.2 Testen .......................................................................................................................................... 34

3.2.1 Krachten ............................................................................................................................... 34

3.2.2 Lineaire snelheid en impuls-moment relatie ....................................................................... 35

3.2.3 Angulaire snelheid en impuls-momentum relatie ............................................................... 40

3.2.4 Aankom- en vertrekhoek ...................................................................................................... 40

3.2.5 Gewrichtshoeken .................................................................................................................. 47

3.2.6 Radiaal concept .................................................................................................................... 51

3.2.7 Reactiviteit/stijfheid ............................................................................................................. 52

4. Discussie ............................................................................................................................................ 55

4.1 Is stijfheid/reactiviteit een prestatiebepalende factor? ............................................................. 55

4.2 Is de methode geschikt voor het berekenen van stijfheid/reactiviteit? ..................................... 59

4.3 beperkingen van het onderzoek.................................................................................................. 60

4.3 Besluit .......................................................................................................................................... 62

Bibliografie ............................................................................................................................................ 63

Bijlagen .................................................................................................................................................. 66

1

1. Literatuurstudie

1.1 Inleiding

1.1.1 Gymnastiek en talentdetectie

Binnen de gymnastiek is de zoektocht naar talent en de manieren om dit talent te ontdekken

een continue bezigheid. Bij jeugd kunnen bepalen wie kans maakt om het te schoppen tot

topper aan de hand van bepaalde factoren is een meerwaarde voor het verder ontwikkelen van

dit talent. Een zoektocht naar talent kan gezien worden als een zoektocht naar

prestatiebepalende factoren aangezien het al dan niet hebben of uitvoeren van deze factoren

kan leiden tot slagen of mislukken.

In deze uiteenzetting is de vraag of reactiviteit, de kaatskracht van de bovenste ledematen

tijdens een sprong over het paard of de plint kan gezien worden als een prestatiebepalende

factor. Indien de reactiviteit een prestatiebepalende factor is, wordt verwacht dat er verschil

zal zijn in deze variabele tussen toppers en subtoppers voor de handstand overslag over het

paard. In welke richting dit verschil zal gaan is niet voorspelbaar aangezien we niet weten of

de reactiviteit bij een topper gaat naar optimale of maximale waarden. Hierdoor is het ook

niet geweten of maximale of optimale reactiviteit op zich een voorwaarde is om een goede

handstand overslag uit te voeren.

1.1.2 Reactiviteit/ Stijfheid/ Kaatskracht

Over de reactiviteit of stijfheid van de bovenste ledematen is tot op heden weinig

wetenschappelijk onderzoek verricht. Wel is het zo dat de reactiviteit van de onderste

ledematen reeds uitvoerig werd besproken in verschillende studies. Door gebrek aan

informatie over de bovenste ledematen was het een must om onderzoek over reactiviteit en

stijfheid van de onderste ledematen tijdens kaatsende taken (zoals lopen, huppelen, afstoot bij

verspringen, …) te bestuderen.

Het veer-massa model voor de steunfase bij het lopen (Blickhan, 1989) leert ons dat het been

zich tijdens de steunfase van het lopen gedraagt als een lineaire veer. Iedere steunfase bestaat

uit een compressiefase waarbij elastische energie wordt opgeslagen in de elastische structuren

(pezen, ligamenten, spieren, …).

2

Daarop volgend vindt een repulsiefase plaats waarbij elastische energie weer wordt

vrijgegeven. Bij dit symmetrisch patroon vallen maximale compressie en maximale

grondreactiekracht (GRK) samen tijdens de midstance.

In tegenstelling tot het verloop van de GRK bij lopen vertoont deze van de afstoot bij het

verspringen (model Seyfarth, 1999) een asymmetrisch verloop wat dichter aanleunt bij onze

huidige onderzoekssituatie. Dit model leert ons dat de initiële beenlengte bij touch-down (TD)

korter is dan bij de take-off (TO) en dat er een optimum voor aanvalshoek en stijfheid bestaat

in functie van prestatie.

1.1.3 Van verspringen naar handstandoverslag

Door te grote verschillen van het kaatsen in handensteun bij handstandoverslag over pegasus

of paard met het lopen en treffende gelijkenissen met de afstoot van het verspringen, hebben

we in deze studie het model van Seyfarth (Fig.6) ,voor de afstoot van verspringen, en het

model van Dainis (fig.8), wat geldt voor sprongen over het paard, proberen te combineren om

inzichten te verkrijgen in de reactiviteit of stijfheid van de bovenste ledematen tijdens een

handstand overslag.

3

1.2 Veermassamodel lopen

1.2.1 Inleiding

Het lopen bij dieren en mensen kan gezien worden als stuiten over de grond (Cavagna, 1970),

gebruik makend van musculoskeletale veren, die afwisselend elastisch energie opslaan en

vrijgeven. Spieren, pezen en ligamenten kunnen zich allemaal gedragen als veren die

elastische energie opslaan wanneer ze uitgerekt worden en deze teruggeven wanneer ze

verkorten. Tijdens lopen gaat dit complex systeem van musculoskeletale veren zich gedragen

als een enkelvoudige lineaire veer. Dit 2D veermassamodel (Fig.1), bestaande uit een

enkelvoudige lineaire veer (been) en een massa gelijk aan het lichaamsgewicht, kan

opmerkelijk goed de dynamica van de steunfase van het lopen beschrijven en voorspellen

(Blickhan, 1989).

Figuur 1 geeft de verschillende delen van de steunfase weer: het begin, het midden en het

einde van de steunfase, respectievelijk uiterst links, midden en rechts. De veer, die het been

voorstelt, heeft een initiële lengte L0 bij het begin van de steunfase. De maximale compressie,

die voorkomt tijdens midstance, wordt voorgesteld door ΔL. De stippellijn toont in deze

figuur de lengte van het been indien er geen compressie aanwezig is. De neerwaartse

beweging van het LZP tijdens de steunfase wordt voorgesteld door Δy en is aanzienlijk

kleiner dan ΔL. De helft van de hoek die het been aflegt gedurende de contacttijd met de

grond wordt voorgesteld door θ. Met behulp van voorgaande parameters kunnen verschillende

vormen van stijfheid, die beïnvloed worden door de dynamica, van dit veermassamodel

berekend worden.

Fig.1 veermassa model ( uit Claire T Farley and Octavio Gonzalez., 1995)

4

1.2.2 Stijfheid

Stijfheid kan gedefinieerd worden als de weerstand die men biedt tegen vervorming

veroorzaakt door externe krachten. Reactiviteit is de mate waarin de persoon zich tijdens het

contact op de grond (het kaatsen) stijf gedraagt. De stijfheid van het musculoskeletaal systeem

van de onderste ledematen kan op verschillende manier worden beoordeeld.

Een eerste methode om deze te evalueren is de stijfheid te gaan beoordelen door de stijfheid

van ieder gewricht apart te berekenen. Gewrichtstijfheid of joint stiffness wordt eenvoudig

berekend met de formule (Arampatzis et al.):

kjoint = Mjoint/Δθjoint

waarbij k staat voor de stijfheid van het gewricht, M voor het moment dat geleverd wordt en

zo een gewrichtsverandering Δθjoint veroorzaakt. Een maat voor de gewrichtsstijfheid is dus de

verhouding van het gewrichtsmoment op de angulaire verplaatsing in het gewricht.

Een volgende manier om de musculoskeletale stijfheid van de onderste ledematen te

beoordelen is door deze als 1 parameter uit te drukken, namelijk beenstijfheid kleg.

Beenstijfheid of kleg wordt verkregen door de parameters Fmax en ΔL (zie fig. 1) in de

volgende formule in te brengen (Farley & Gonzalez, 1995).

kleg = Fmax /ΔL

Waarbij beenstijfheid kleg berekend wordt als de verhouding van F, de kracht die inwerkt op

de veer (max bij midstance fase) op ΔL, de verandering van lengte van de veer en dit op het

moment van diepste invering. De maximale invering, ΔL, kan berekend worden uit de

rustlengte, de maximale verticale verplaatsing van het LZP en de helft van de hoek die werd

gemaakt door het been tijdens de contactfase door middel van de volgende formule:

ΔL = Δy + L0(1- cosθ).

Een derde manier om de stijfheid van het veermassamodel te beoordelen is om de verticale

stijfheid van het geheel te berekenen. Verticale bewegingen van het systeem tijdens de

contactfase worden beïnvloed door verticale stijfheid of kvert.

5

Deze stijfheid zou niet aan een fysische veer gelinkt worden maar slaat wel op de verticale

bewegingen die het LZP uitvoert tijdens het contact met de grond. Deze verticale stijfheid is

van belang voor het bepalen van eventuele contacttijden en wordt berekend als de verhouding

van de kracht op de verticale verplaatsing van het LZP:

kvert = F/Δy

In de studie van Farley & Gonzalez (1995) werden vier mannelijke proefpersonen die

ervaring hadden met het lopen op een loopband en in goede gezondheid verkeerden

opgenomen om beenstijfheid en pasfrequentie tijdens het lopen aan verschillende snelheden te

onderzoeken. Figuur 2 toont het veermassamodel toegepast op lopen aan lage en hoge

snelheid. Uit de studie wordt duidelijk dat bij het verhogen van de loopsnelheid, Δθ, de hoek

die het been aflegt, zal vergroten en dat hierdoor Δy, de verticale verplaatsing van LZP, zal

verkleinen en ΔL, de verandering van lengte van de veer zal toenemen. Door deze

raakhoekregeling zal bij toenemende snelheid de verticale stijfheid toenemen terwijl de

beenstijfheid constant blijft. Een kleine Δy kan dus samengaan met een grotere ΔL.

Stijfheid tijdens het lopen werd reeds uitvoerig onderzocht en gedocumenteerd. Figuur 3 toont

aan dat de grondreactiekracht een klokvormig traject volgt. De maximale Fgrk en ΔL vallen

samen op het moment van de midstance en zowel de Fgrk als de compressie, ΔL, vertonen een

symmetrisch patroon. Aangezien de maximale waarde voor Fgrk samen voorkomt met de

diepste positie van het LZP kunnen we teruggrijpen naar het reeds genoemde veermassamodel

waarbij het been met elastische pezen, ligamenten en spieren die het gewricht overspannen

zich gedragen als een lineaire veer. (Farley, McMahon, cheng. 1998).

Fig.2: Veermassamodel voor lopen aan lage en hoge snelheid uit Farley et al, 1998.

6

1.3 Stijfheid/Reactiviteit bovenste ledematen Zoals hierboven kan gelezen worden is de stijfheid of reactiviteit ter hoogte van de onderste

ledematen reeds uitvoerig gedocumenteerd en geanalyseerd. Het probleem in deze studie

echter is dat het hier de bedoeling is na te gaan hoe de reactiviteit van de bovenste ledematen

een invloed heeft op de uitvoering van sprongen over het paard. De vraag die dan ook in de

eerste plaats moet worden gesteld is of bij de bovenste ledematen een gelijkaardige dynamica

en regulatie gevonden wordt zoals bij de onderste ledematen.

Om verschillen en/of gelijkenissen tussen het lopen op armen en benen te achterhalen voerden

Glasheen J.W. en McMahon T.A. (1995) een studie uit waarbij proefpersonen horizontaal

boven een loopband werden gehangen en hierover aan een constante snelheid op de armen

moesten lopen (Fig.4a). Op de loopband werden snelheid en belasting gevarieerd om zo de

dynamica van de armen te bekijken in verschillende condities.

Fig 3: GRK en verticale verplaatsing LZP bij lopen aan voorkeurssnelheid (Claire T Farley and Octavio Gonzalez, 1996)

Fig.4a: schematische voorstelling van experimentele apparatuur voor de mechanica van het lopen op de handen uit

Glasheen J.W. & McMahon T.A., 1995.

7

De armstijfheid werd berekend met de volgende formule:

karm = Fpeak /ΔL

Waarbij Karm staat voor de armstijfheid, Fpeak voor de maximale verticale kracht inwerkend

op de armen en ΔL staat voor de graad van compressie van het bovenste ledemaat tijdens de

midstep. ΔL werd hier gedefinieerd als de afstand van het distale deel van de 3de

metacarpaal

tot een punt 5cm onder het acromion van het schouderblad.

Krachtresultaten (Fig. 4b) tonen aan dat men de neiging heeft om van een asymmetrisch

patroon terug te vallen naar een synchroon looppatroon. Er zijn enkele aspecten waaruit dit

geconcludeerd kan worden. Het 1ste

aspect is dat er uit grafieken (Glasheen en McMahon ,

1995) van de verticale verplaatsing van de schouder en de verticale GRK duidelijk een

onderscheid kan gemaakt worden tussen vluchtfase en steunfase. Het 2de

aspect is het

gelijktijdig voorkomen van diepste punt van de schouder en de piek verticale kracht. Een 3de

en tevens laatste gelijkenis met het lopen is het voorkomen van een initiële stijging van de

verticale kracht bij impact van het ledemaat gevolgd door een kleine daling die de piek in

verticale kracht tijdens midstep voorafgaat.

De resultaten uit de studie van Glasheen J.W. en McMahon T.A. (1995) tonen aan dat er een

zeer grote verandering te zien was in de stijfheid (90%)wanneer de last, het al dan niet meer

steunen op de bovenste ledematen, werd gevarieerd terwijl de snelheid van het lopen constant

werd gehouden. Er moet wel rekening gehouden worden dat het niet de bedoeling is om

reactiviteit te gaan bepalen tijdens het lopen op de armen maar wel tijdens het kaatsen op het

paard, plint of pegasus bij een handstand overslag.

Fig.4b: verticale grondreactiekracht tegenover de tijd voor 2 stappen (1 stapcyclus of

schrede) uit Glasheen J.W. & McMahon T.A., 1995.

8

1.4 Handstand overslag en sprongen

1.4.1 Inleiding

Aangezien het kaatsen bij handenstand overslag over het paard een asymmetrisch verloop van

de grondreactiekracht vertoont en ook de inkomen vertrekcondities van elkaar verschillen,

moet er geconcludeerd worden dat de gelijkenissen tussen het lopen en het kaatsen op handen

onvoldoende zijn om stijfheid op eenzelfde manier te gaan bepalen. Omdat het verloop van de

grondreactiekracht in de tijd bij de eenbenige afstoot van veren hoogspringen grote

gelijkenissen vertoont met het verloop bij de handstand overslag (asymmetrisch) is het nuttig

om reactiviteit vanuit dit standpunt te bekijken. Om deze gelijkenis meer zichtbaar te maken

werd Figuur 5 bijgevoegd. Indien deze grafiek wordt vergeleken met deze van het lopen, dan

is duidelijk dat de Fgrk van lopen een symmetrisch, en deze van de eenbeenige afstoot bij het

verspringen een asymmetrisch verloop kent. De vergelijking van de GRK tussen verspringen

en handenstand overslag toont ons echter een gelijkenis (Fig.5). Zowel bij de afstoot in het

verspringen als bij het kaatsten over het paard geeft de GRK in de tijd een asymmetrisch

verloop weer met als 1ste

de passieve piek en als 2de

de actieve piek in de verticale component.

Fig5.: Links de GRK Fg en beenstijfheid kdyn ifv tijd bij afstoot verspringen (uit Seyfarth et al. 1999) en rechts de GRK bij

handstand kaatsen plat vallen (pretesten: zie methode). Waarden werden gemeten van contact (TD) tot verlaten van de

plint (TO).

9

1.4.2 Verspringen

Het model van de afstoot van het verspringen verschilt in één belangrijk aspect van dat van

het lopen. De beenlengte, gedefinieerd als de afstand tussen LZP en de bal van de voet die

dient als rotatiepunt van het systeem tijdens de steunfase, is bij het plaatsen (TD) en het

loslaten van de grond (TO) niet gelijk. Dit verschil tussen beenlengte bij TD en TO ligt

hoofdzakelijk in een actief proces door het initieel verkorten bij neerkomen en het actief de

grond verlaten met een gestrekt been. Het veermassamodel van Seyfarth et al (Fig.6) wordt

hier ingevoegd om dit visueel te kaderen.

Op Figuur 6 zien we de initiële beenlengte L0 en de beenlengte bij TO LE waarbij een

lengteparameter r+ wordt bijgevoegd om het verschil tussen beide aan te duiden. r+ wordt dus

op zijn beurt berekend door volgende formule toe te passen:

r+ = LTO – LTD

Lrest= Lcompressie + [r+ * (%contactfase)]

Δr= Lrest - Lcompressie

Fig. 6: Verschil in beenlengte tijdens TD en TO (Seyfarth et al. 1999)

10

De actuele beenlengte van het ontspannen been, dit is zonder compressie, tijdens de

contactfase is L(θ) en wordt verkregen door volgende formule:

L(θ) = LTD + r+( θ - θ 0) / (θ E – θ 0)

Waarbij θ0 staat voor de hoek van het been met de horizontale bij TD en θE voor diezelfde

hoek bij TO. Hier moet wel de opmerking worden gemaakt dat er uitgegaan wordt van een

lineaire toename in beenlengte van het niet ingeveerde been.

De beenverkorting of Δr(t) = L(θ(t)) – L(t), waarbij L(t) staat voor de effectieve beenlengte in

functie van de tijd, is gelijk aan nul op het ogenblik van TD en TO. De beenstijfheid k is in dit

model gelijk aan de ratio van de maximale grondreactiekracht FG,max op de maximale

verandering in beenlengte Δrmax en wordt dusdanig ook berekend door volgende formule:

k = FG,max/ Δrmax

De dynamische stijfheid wordt dan weergegeven door vorige formule te generaliseren. Deze

wordt dan

kdyn(t) = FG(t)/ Δr(t)

Voor deze grafiek (Fig.5) is het typisch dat twee pieken in de verticale grondreactiekracht

elkaar volgen tijdens de afstoot waarbij de eerste een passieve en de tweede een actieve is. De

dynamische stijfheid op ieder moment toont ook een piek tijdens de passieve fase en gaat

daarna dalen en een ongeveer constante waarde aannemen tot net voor TO. Verspringers

proberen de passieve piek van de verticale grondreactiekracht, die gegenereerd wordt tijdens

het neerkomen, zo groot mogelijk te maken door het afstootbeen zeer actief naar het

sprongoppervlak te brengen. Ook al zorgt een extra stijging in verticale grondreactiekracht

voor een grotere energieabsorptie, ze zal toch een groter verticaal moment uitlokken omdat de

atleet zelf een grotere verticale impuls zal leveren door te klauwen (Seyfarth et al. 1999).

11

Voor het verspringen blijken meerdere combinaties te bestaan van aanvalshoek en stijfheid

die leiden tot een optimale prestatie of afstand (Fig. 7). Wanneer de aanvalshoek verkleint, zal

de vhor afnemen maar dit ten gunste van de vvert met als gevolg dat de springafstand zal

verkleinen. Indien de beweging met een steilere hoek ten opzichte van de horizontale, het

hoger inkomen, wordt aangevangen zal er slechts een minimale verticale impact zijn. De

invloed van stijfheid op dit geheel kan gemakkelijk vergeleken worden met deze van de

aanvalshoek. Een reactiever been leidt tot een snellere repulsie en zal bijgevolg bij een

kleinere aanvalshoek zorgen voor een verlaagde vhor. Een minder reactiever been kan aan de

ander kant niet de nodige verticale impact leveren.

We moeten tevens in gedachten houden dat er dus niet één combinatie is die theoretisch in het

verspringen tot een maximale afstand leidt, maar dat er talrijke combinaties mogelijk zijn en

meerdere strategieën bestaan om de prestatie te optimaliseren. Op die manier worden

afstanden van 6m overbrugd, zowel door gebruik te maken van een zeer hoge stijfheid met

een grotere aanvalshoek als met een lage stijfheid en een kleinere aanvalshoek. Bij

gymnastiek is het doel uiteraard niet zo ver mogelijk te springen dan wel een zo ver en hoog

mogelijke tweede vluchtfase te creëren door middel van blokkeren.

Fig.7: mogelijke combinaties van beenstijfheid en aanvalshoek die leiden tot een optimale prestatie +(vierkantjes) bij

sprongen met een afstand van meer dan 6m (uit Seyfarth et al. 1999).

12

1.5 Model Dainis

Een handstand overslag bestaat uit 6 belangrijke fasen die chronologisch als volgt worden

benoemd: aanloop, afstoot springplank, pre-flight, blokfase, post-flight en landing. Dainis

deelt de blokfase op in twee verschillende fasen namelijk een compressie- en een repulsiefase

wat wijst op een in- en terugveer sequentie. Het model van Dainis (Fig.8) beschrijft de

karakteristieken van deze verschillende fasen van de sprong en t toont de gegevens en relaties

van de fasen die hij bespreekt in zijn studie. Dit model vertoont sterke gelijkenissen met het

eerder besproken model van verspringen (Seyfarth,1999) in die zin dat er ook in dit model

duidelijk sprake is van een compressie- en een repulsiefase die staan voor het in- en

terugveren van de gymnast op het paard. Deze compressie- en repulsiefase bij het de

handstandoverslag laat ons toe de link te leggen naar het veermassasysteem en de bijhorende

redeneringen van stijfheid en aanvalshoek. Ook kan dan de vraag gesteld worden of

conclusies die Seyfarth trok uit zijn studie (Seyfarth et al., 1999) kunnen uitgebreid worden

naar het model van Dainis. Er zou dus een veronderstelling kunnen gemaakt worden dat

stijvere bovenste ledematen zorgen voor een kleinere compressie en een snellere repulsie en

dus bij een kleinere aanvalshoek met de horizontale een verlies in vhor veroorzaken. Bovenste

ledematen die niet voldoende stijf reageren zijn dan ook niet in staat om een verticale impact

te leveren die nodig is voor het uitvoeren van de sprong.

Fig.8: Model Dainis (1981)

13

De verschillende vectoren r0, r1, r2, r3 en r4 geven de locaties van het LZP weer bij

TOboard,TDhorse, maximale compressie, repulsie en landing. Θ is de hoek die de vector r maakt

met de horizontale en φ de hoek van het lichaam met de horizontale. R.0 is de initiële snelheid

van het LZP en bestaat uit een horizontale en een verticale component respectievelijk x.0 en

y.0.

1.5.1 Pre-flight

De pre-flight is het deel van de sprong dat gaat van TOboard tot initieel handcontact met het

paard.

De snelheid die het LZP heeft op het moment van contact is van zeer groot belang voor het

succes van de sprong. Deze snelheid kan ontbonden worden in een radiale en een tangentiële

component rond het punt O (punt waar handen paard raken).

Het is tevens ook de radiale snelheid die zal bepalen welke hoeveelheid moment er zal

geabsorbeerd worden door de gymnast om voldoende rotatie te verkrijgen om de sprong uit te

voeren. Uiteindelijk zal de initiële locatie en snelheid van het LZP al de andere belangrijke

variabelen gaan beïnvloeden.

1.5.2 Compressie

De compressiefase wordt gedefinieerd als de fase gaande van initieel handcontact met het

paard tot het moment dat de radiale snelheid van het LZP ten opzichte van het punt O gelijk is

aan 0. Er kan tevens vanuit gegaan worden dat op het einde van deze fase de angulaire

snelheid van het lichaam rond het LZP gelijk is aan de angulaire snelheid die het LZP heeft

indien het punt O als as wordt genomen.

Om het verschil in totaal moment tussen initieel handcontact en het einde van de

compressiefase te berekenen, werd gebruik gemaakt van onderstaande formule

L2 –L1 ≈ -m g r12 cosθ12 δt2

Waarbij L1 en L2 staan voor het totaal angulair moment op respectievelijk het moment van

initieel handcontact en het einde van de compressiefase, m staat voor de massa, g voor de

gravitatieversnelling, r12 en θ12 staan voor de gemiddelde waarden van r en θ tijdens de

compressiefase en δt2 staat voor de tijd die nodig is om van x1, y1 de positie x2, y2 te bereiken.

14

1.5.3 Repulsie

Deze fase wordt gedefinieerd als het 2de

deel van de steunfase waarbij de gymnast verder

roteert over het paard en in staat is om actief een kracht uit te oefenen op het paard. Het is de

reactie van het paard op die kracht in samenwerking met de kinematische variabelen van het

lichaam op het einde van de compressiefase die uiteindelijk de post-flight karakteristieken van

de sprong gaan bepalen.

1.5.4 Post-flight

Deze fase werkt met dezelfde principes als de pre-flight en het is dan ook duidelijk dat de

locatie en de snelheid van het LZP op het einde van de repulsie fase het traject van het LZP in

de post-flight gaan bepalen.

15

1.6 Prestatiebepalende factoren

Het verschil tussen toppers en subtoppers kan in iedere sporttak gemaakt worden en het is niet

altijd duidelijk waar de verschillen liggen. Het iets sneller aanlopen bij verspringen en het iets

beter blokkeren bij hoogspringen zijn kleine verschillen die wel een wereld van verschil

geven naar prestatie toe. De factoren die de prestatie van een actie gaan bepalen zijn

prestatiebepalende factoren en de combinatie van verschillende factoren vormt het

prestatiemodel. Figuren 9 en 10 zijn twee delen uit het prestatiemodel van Takei et al. (1989)

voor de handstand overslag en dit gericht naar de blokfase en pre-flight.

Als een bepaalde factor onder een andere factor wordt geplaatst, wil dit zeggen dat de

onderste de bovenste beïnvloed en om deze beïnvloeding beter te kunnen voorstellen, wordt

er ook met correlaties gewerkt. De belangrijkste prestatiebepalende factoren voor de

handstand overslag worden hier gegeven en kort geschetst. Ze zijn tevens gegeven in

chronologie met de fasen in de sprong wat wil zeggen dat we beginnen bij de aanloop en

eindigen met de landing. In chronologische volgorde krijgen we dan de fasen aanloop -

TDboard, TDboard - TOboard, TOboard - TDhorse, TDhorse - TOhorse en TOhorse - landing. Voor de

gymnastische sprongen over het paard blijken de belangrijkste factoren de vhor en het angulair

moment bij TOboard, de contacttijd en de relatieve hoogte bij TO bij de voorvlucht, het

omzetten van horizontale naar verticale snelheid samen met het genereren van een verticale

kracht, het angulair moment tijdens het contact met het paard en de vvert TOhorse te zijn (Takei

Y., 1989).

16

Fig.9: prestatie-correlatiemodel dat de correlatie weergeeft tussen voorvlucht factoren en de score gegeven door de jury voor de handstand overslag. (Uit Takei,

1989).

17

Fig.10: Determinanten model dat de relatie weergeeft tussen mechanische factoren gericht naar blocking en de score gegeven door de jury voor de handstand

overslag. (Takei, 1992)

18

1.6.1 Prestatiebepalende factoren: TDboard - TOboard (afstoot springplank)

1.6.1.1 Horizontale snelheid bij TDboard:

Er is een positieve correlatie (r = 0.42, p = 0.006) tussen de vhor en de punten gegeven door de

jury aan de sprong, wat ook hier wil zeggen dat het aankomen bij de plank met een hogere

horizontale snelheid zal leiden tot hogere punten op de sprong.

1.6.1.2 Verandering in horizontale snelheid bij TOboard:

In deze studie van Takei verloren alle gymnasten horizontale snelheid tijdens het contact met

de plank en het verlies in horizontale snelheid was steeds groter bij de gymnasten die met

grote horizontale snelheid aankwamen op de plank.

Uiteindelijk zal het er dus op aan komen om als gymnast noodzakelijke aanpassingen te

maken tijdens het contact met de plank en dit om de horizontale snelheid bij TOboard te

optimaliseren.

Door het zoeken naar optimale combinaties tussen verticale en horizontale snelheden bij

TOboard kwam naar voor dat de ratio van de verticale op de horizontale snelheid zo klein

mogelijk moest zijn om hogere scores te behalen. Anders gezegd moet voor een gegeven

verticale snelheid de horizontale snelheid zo groot mogelijk zijn.

1.6.2 Prestatiebepalende factoren: TOboard - TDhorse (1ste vluchtfase)

1.6.2.1 Snelheid bij TOboard :

Van de twee overblijvende variabelen op het derde level van het model van Takei zijn er twee

snelheden bij TOboard en de relatieve hoogte bij TO naar voor gebracht. De correlatie van de

variabele snelheid met de scores die de jury toebedeelde aan de sprongen (r=0.46, p = 0.003)

toont aan dat een hogere snelheid zal leiden tot hogere punten door de jury gegeven. Als we

snelheid gaan opsplitsen in zijn twee componenten dan blijkt dat het vooral de horizontale

component is die bijdraagt in deze correlatie met een r-waarde van 0.50 en een p-waarde

0.001.

19

1.6.3 Prestatiebepalende factoren: TDhorse - TOhorse (blokfase!!)

1.6.3.1 Aanvalshoek paard:

Er bestaat een positieve correlatie (r = 0.97, p = 0.001) tussen de hoogte van het LZP bij

TDhorse en de inkomhoek, hoek tussen horizontale en rechte LZP-pols. Een kleinere

inkomhoek zal dus samen gaan met een lagere positie van het LZP bij TDhorse. Deze correlatie

kan nog verder getrokken worden aangezien er ook een (r = -0.40, p = 0.01) correlatie bestaat

tussen de inkomhoek en de scores gegeven door een jury. Hier zal een kleinere inkomhoek

een hogere score tot gevolg hebben.

1.6.3.2 Angulair moment bij TOhorse :

Het angulair moment bij TOhorse wordt vooral bepaald door het angulair moment dat bestaat

op het moment van TDhorse en de verandering in deze kwantiteit tijdens het contact met het

paard. Tussen het angulair moment en de scores, gegeven door de jury, bestaat geen

significante correlatie. Echter, wanneer werd genormaliseerd naar gewicht en lichaamslengte,

vond men toch een correlatie (r = 0.47, p = 0.002) wat duidt op het feit dat een groter

angulair moment bij TD een hogere score tot gevolg zal hebben.

Een positieve correlatie (r = 0.47, p = 0.002) is gevonden tussen de verandering in angulair

moment tijdens het contact met het paard en de punten gegeven door de jury. Dit is echter

geen verrassing als er in het achterhoofd gehouden wordt dat er reeds een positieve relatie

bestond tussen deze variabele en de verandering in verticale snelheid tijdens het contact met

het paard.

1.6.3.3 Verticale impuls tijdens contact met het paard:

De verticale impuls uitgeoefend tijdens het contact met het paard had een hoge correlatie (r =

0.45, p = 0.003) met de score van de jury. Dit wil zeggen dat een hogere verticale impuls

uitgeoefend door de gymnast tijdens het contact resulteert in hogere scores op de sprong.

1.6.3.4 Snelheid bij TOhorse:

Integenstelling tot de snelheden besproken bij TOboard heeft men voor de snelheden bij TOhorse

geconcludeerd dat de ratio van beide snelheden nu echter zo groot mogelijk moet zijn om

hoge scores op de sprong te behalen. Dit wil zeggen dat de verticale snelheid bij TOhorse zo

hoog mogelijk moet gemaakt worden voor een bepaalde horizontale snelheid.

20

Er is gevonden dat er een negatieve correlatie (r = -0.70, p = 0.001) bestaat tussen de verticale

snelheid bij verlaten van het paard met de contacttijd op het paard, wat wil zeggen dat de

verticale snelheid verhoogt als men probeert de contacttijd te verkorten. Het scherp en snel

blokkeren blijkt effectiever dan het traag blokkeren als men als doel heeft de verticale

snelheid te maximaliseren.

Als conclusie kan men stellen dat een grote vhor tijdens de voorvlucht, het omzetten van een

grote horizontale snelheid naar een grote verandering in verticale snelheid op het paard door

blokkeren en een grote verticale snelheid bij TOhorse belangrijke determinanten zijn voor de

prestatie op de sprong.

1.6.4 Correlaties en gemiddelde waarden

Tabel 1: gemiddelde waarden van factoren die de TOboard beïnvloeden en het toedienen van hoge of lage scores

op de sprong door de jury. (uit Takei 1991)

Factoren gerelateerd aan de effectieve TO van board (jump)

Factor Hoogste scores sprong Laagste scores sprong

M SD M SD

VH bij TD (m/s) *** 8.19 0.26 7.69 0.34

bij TD (m/s) -1.02 0.06 -1.02 0.28

Contacttijd springplank (ms) 0.13 0.01 0.14 0.01

Angulaire afstand (°) 29.0 3.8 30.0 3.3

Angulaire v (°/s) 254.0 20.2 249.0 13.3

Horizontale F (N) -1410.0 317.0 -1321.0 273.1

Horizontale F (Watt) -2.27 0.52 -2.13 0.46

Verticale F (N) 3174.0 459.8 3028.0 451.7

Verticale F (watt) 5.10 0.64 4.87 0.70

Horizontale Ihor (Ns) -169 19.0 -166.0 30.0

Verticale Impuls Ivert (Ns) 306.0 23.0 303.0 43.0

Δ vH (m/s) -2.57 0.35 -2.62 0.41

ΔvV (m/s) 4.83 0.22 4.76 0.47

Angulair moment (Ns) 95.3 8.6 92.4 15.2

21

Tabel 2: Gemiddelde waarden van factoren die de TOhorse (blokkeren) beïnvloeden en het toedienen van hoge of

lage scores op de sprong door de jury. (uit Takei 1991)

Factoren gerelateerd aan de effectieve TO van plint (jump)

Factor Hoogste scores sprong Laagste scores sprong

M SD M SD

vH bij TD (m/s) *** 5.52 0.28 5.08 0.29

vV bij TD (m/s) 2.42 0.31 2.35 0.42

Contacttijd plint (ms) 0.18 0.02 0.20 0.02

Angulaire afstand(°) 56.0 10.6 65.0 13.4

Angulaire v (°/s) 341.0 26.5 340.0 30.7

Horizontale F (N) -699.0 136.9 -575.0 202.7

Horizontale F (N/LG) -1.13 0.23 -0.90 0.22

Verticale F (N) * 974.0 164.6 759.0 196.9

Verticale F (N/LG) ** 1.57 0.28 1.21 0.25

Horizontale Ihor (Ns) -116.0 20.0 -109.0 34.0

Verticale Impuls Ivert (Ns) * 56.0 22.0 23.0 28.0

Δ vH (m/s) -1.83 0.28 -1.68 0.32

ΔvV (m/s) ** 0.89 0.36 0.35 0.45

Angulair moment (kgm²/s) 62.0 7.0 65.0 11.2

22

Tabel 3: correlatiewaarden met de score van de jury

Correlatie met de score jury

Horizontale snelheid bij TDboard R= 0.42 , p= 0.006

Snelheid bij TOboard

Vhor

Vvert

R= 0.46 , p= 0.003

R= 0.50 , p= 0.001

R= -0.25 , p= 0.012

Aanvalshoek R= -0.40 , p= 0.01

Angulair moment bij

TOhorse

TDhorse

R= -0.47 , p= 0.002

R= 0.47 , p= 0.002

Impulsvert contact met paard R= 0.45 , p= 0.003

Correlatie met de contacttijd

Snelheid bij TOhorse R= -0.70 , p= 0.001

23

1.7 Doelstelling en hypothese

Zoals eerder beschreven wordt er in deze studie gezocht naar de reactiviteit of stijfheid van de

bovenste ledematen tijdens handstandoverslag over het paard en is het ook de bedoeling dat

de methodiek in dit onderzoek uitgebreid en geïmplementeerd wordt in verdere onderzoeken

rond stijfheid bij gymnastische sprongen. Stijfheid wordt gedefinieerd als de weerstand die

men biedt tegen de vervorming veroorzaakt door externe krachten waardoor een stijver

lichaam minder vervorming vertoont dan een minder stijf lichaam. Het berekenen gebeurt aan

de hand van de verhouding tss reactiekrachten gemeten op een plint en de compressie van het

lichaam.

Stijfheid van de onderste ledematen werd reeds grondig bestudeerd bij lopen. Uit

vooronderzoek bleek het kaatsen op de plint echter een asymmetrisch verloop van de GRK

teveronen waardoor het model van de afstoot van verspringen van Seyfarth et al. (1999). De

aanleiding tot het nemen van dit model is het gelijklopend verloop van de

grondreactiekrachten in de tijd die beide asymmetrisch zijn. Voor het opbouwen van de

hypothese hebben we ons dus gebaseerd op het model van Seyfarth uit 1999. Essentieel is

compressie en repulsie tijdens de steunfase van de beweging wat wijst op een in- en

terugverende sequentie. De lengte van het onderste ledemaat waarop wordt gesteund, is

verschillend bij touchdown (TD) en take-off (TO) van de grond bij de afstoot van verspringen

(Seyfarth et al, 1999) en dit fenomeen keert ook terug in het model van Dainis (1981) waarbij

de bovenste ledematen van lengte gaan verschillen bij touchdown (TD) en take-off (TO) van

het paard.

Als hypothese wordt gesteld dat de betere gymnasten betere waarden voor reactiviteit of

stijfheid zullen vertonen wat wil zeggen dat reactiviteit ook een prestatiebepalende factor zou

zijn. We verwachten op basis van het model van Seyfarth dat er een optimale stijfheid bestaat

voor de handstand overslag over het paard en dat dit samengaat met een optimale aanvalshoek.

Het zou kunnen dat dat minder stijve bovenste ledenmaten in combinatie met een kleinere

aanvalshoek met de horizontale bij de handstand overslag tot optimaal resultaat leiden.

24

2. Methode

2.1 Pretesten (29/10/2009)

2.1.1 Populatie

Er werden 2 studenten Lichamelijke Opvoeding van de universiteit Gent genomen als

proefpersonen voor de pretesten. Beide proefpersonen hadden ervaring op A-niveau in de

gymnastiek, maar zijn hedendaags niet meer actief als gymnast. Beide proefpersonen waren

even groot en hadden ongeveer hetzelfde lichaamsgewicht.

2.1.2 Protocol

Om een eerste indicatie te krijgen over de reactiviteit van de bovenste ledematen tijdens

kaatsopdrachten werden enkele proefpersonen uitgenodigd deel te nemen aan een aantal

pretesten. Er werd een opstelling gemaakt die voorzien was van een plint, die in de hoogte

werd aangepast, en een krachtplatform in het plintdeksel om een eerste zicht te krijgen in het

verloop van de grondreactiekrachten tijdens het uitvoeren van verschillende kaatsopdrachten.

De proefpersonen voerden iedere opdracht enkele keren uit totdat er een aantal kwalitatief

goede sprongen waren uitgevoerd. Er werd hen gevraagd over een lagere plint (hoogte gelijk

aan twee dikke valmatten) de kaatsopdracht ‘handstand- kaatsen- plat vallen’ uit te voeren,

dezelfde opdracht te herhalen over een volledige plint en als laatste opdracht een

handstandoverslag tot stand uit te voeren over deze plint.

2.2 Testen (12/04/2010 – 13/04/2010)

2.2.1 Populatie

Er waren vijf proefpersonen die aan de testen deelnamen waarvan twee jongens en drie

meisjes. Alle proefpersonen hadden ervaring met gymnastische sprongen weliswaar op

verschillende niveaus. De twee jongens zijn gymnasten met ervaring op het A-niveau en ook

één vrouwelijke gymnaste had ervaring op dit niveau. Deze drie gymnasten studeren

Lichamelijk Opvoeding op de Hogeschool of de Universiteit van Gent, maar zijn op dit

moment niet meer actief als competitiegymnast. De andere twee vrouwelijke gymnasten

hebben ervaring op het B-niveau en waren van jongere leeftijd. De laatste twee gymnasten

zijn tot heden nog steeds actief op B-niveau. Alle gymnasten die deelnamen aan het

experiment beheersten de handstandoverslag.

25

De leeftijd van de proefpersonen varieerde van twaalf tot 21 jaar met een gemiddelde van

17.4 jaar (std.dev. 4.10). Van iedere persoon werd een standaard lijst van antropometrische

gegevens afgewerkt (bijlage 2) en ook lichaamslengte en gewicht werden samen gemeten met

leeftijd als zijnde de drie belangrijkste gegevens naar maturiteit toe (Tabel 4). Uiteindelijk

werden slechts de proefpersonen een en twee, welke dezelfde waren van de pretesten in de

studie opgenomen. Deze proefpersonen werden gekozen omdat het de beste 2 kaatsers waren

en tevens eenzelfde lichaamsgewicht en – lengte hadden en dus voordelen bieden bij het

interpreteren van de resultaten.

Tabel 5 geeft de gemiddelde waarden van leeftijd, gewicht en lichaamslengte met bijhorende

standaarddeviaties.

2.2.2 Protocol

De proefpersonen kwamen op afspraak gedurende twee dagen waarop werd getest. De

proefpersonen werden ingelicht over het experiment en de manier waarop te werk werd

gegaan tijdens de testen. De proefpersonen kregen de kans om vrij op te warmen en 4 à 5

succesvolle sprongen uit te voeren over een plint van 1.30 m alvorens te beginnen met de

metingen. De afstand van de springplank tot de plint werd bepaald door de gymnast zelf. Ze

werden hierna voorzien van 51 reflecterende markers die kunnen gedetecteerd worden door

11 opgestelde infraroodcamera’s.

Tabel 4: gegevens proefpersonen

Nummer Geslacht Leeftijd Gewicht Lichaamslengte

1 M 20 j 66.8 kg 175 cm

2 M 20 j 67.9 kg 183 cm

3 V 21 j 65.0 kg 173 cm

4 V 14 j 47.2 kg 158 cm

5 V 12 j 46.3 kg 163 cm

Tabel 5: gemiddelde waarden en standaarddeviaties

variabele gemiddelde standaarddeviatie

Leeftijd 17.4 j 4.1 j

Gewicht 58.6 kg 10.9 kg

lichaamslengte 170.4 cm 9.9 cm

26

De markers werden over het hele lichaam geplaatst volgens een vooropgestelde lijst (bijlage 3)

en iedere proefpersoon werd ook gefotografeerd met deze markers in het bijzijn van een

referentieframe (Fig 11). Voor de horizontale loopsnelheid te verkrijgen werd er een Noptel

Laser geplaatst achter de aanloopstrook en gericht op het midden van de plint zodanig dat

deze dorsaal op de proefpersoon te zien was tijdens de aanloop. Tevens werd er een

kwalitatieve opname gemaakt met een High Speed Casio camera. Al deze toestellen werden

gelijktijdig gestart via een externe trigger. Naast de opname van de proefpersonen werd ook

de opstelling ter illustratie gefotografeerd (Fig.12) en schematisch voorgesteld (Fig. 13).

Fig.11: foto proefpersoon met markers en referentieframe

Fig.12: opstelling onderzoeksruimte

27

2.2.3 Dataverzameling

2.2.3.1 Noptel Laser

De Noptel werd achter de aanloopstrook geplaatst en gericht op het midden van de plint

zodanig dat deze dorsaal op de proefpersoon te zien was tijdens de aanloop. De horizontale

snelheid van de aanloop werd verkregen door gebruikt te maken van een laser, die dorsaal

gericht staat op de gymnast in de richting van de aanloop. Deze meting verliep aan een

frequentie van 1000Hz. Door deze gegevens af te leiden, kan de snelheid in de tijd verkregen

worden.

2.2.3.2 Krachtmeetplatform

De reactiekrachten tijdens het blokken op de plint werden verkregen door een krachtplatform

(1000Hz) te plaatsen in de kop van de plint. Dit platform geeft ons de krachten in verticale,

horizontale en laterale richting. Om ruis en verstoringen te minimaliseren werd de plint

verzwaard door deze te vullen met zandzakken ( 600kg) en de afzonderlijke delen van de plint

waren aan elkaar gespannen. De handstandoverslag in deze omstandigheden verschilt met

deze op wedstrijd omdat er gewerkt wordt met een plint in plaats van een pegasus. De plint

verschilt in vorm, in grootte en kaatsoppervlak en omdat de plint voorzien was van een

krachtplatform werd het kaatsoppervlak nog verkleind. Het krachtplatform is ook harder dan

de pegasus en de plint waardoor het kaatsen als pijnlijk kan ervaren worden. Om die reden

werd het aantal sprongen beperkt gehouden en werd een laag tartan van 1 cm dikte op het

krachtplatform gelegd. Er moet wel rekening gehouden worden met het feit dat in deze studie

geen gebruik werd gemaakt van een pegasus, maar van een plint.

Fig.13: proefopstelling

Fig. 13: schematische voorstelling van de proefopstelling

28

2.2.3.3 QTM en visual 3D

De 3D-kinematica van de sprong is gevormd door gebruik te maken van 11 highspeed

infraroodcamera’s (200 Hz), die geplaatst waren rond de opstelling (Fig.13) en Qualysis

Track Manager (Fig. 14a en b). De camera’s waren zo geplaatst en ingesteld dat 51 markers

op elk moment van de beweging minstens door drie camera’s werden gezien zodanig dat op

elk moment een 3D-voorstelling kon gemaakt worden. Om er zeker van te zijn dat de gymnast

gedurende de gehele beweging zichtbaar zou zijn, werden de camera’s hoog geplaatst door

gebruik te maken van een constructie opgebouwd uit plinten en Zweedse banken.

Om lichtinval te beperken, en de markers duidelijker te maken voor de camera’s, werd de

zonnewering naar beneden gelaten en de ramen zonder wering afgedekt met zwart plastiek.

Voor de testen werden de camera’s gekalibreerde door met een T-vormige stok, voorzien van

twee markers, te bewegen door de ruimte en dit om er voor te zorgen dat alle camera’s correct

op elkaar waren afgestemd. Vóór de proefpersoon de beweging mocht uitvoeren over de plint

werd eerst een statische opname gemaakt van de proefpersoon terwijl deze zich bevond op de

plint. Na deze statische opname werden de dynamische opnames uitgevoerd. Er werd

meerdere keren gesprongen tot we in het bezit waren van drie bruikbare sprongen. Indien data

ontbrak of de sprong kwalitatief niet voldeed, werd deze poging geschrapt en opnieuw gedaan.

Om deze 3D-voorstelling te kunnen maken, werden verschillende stadia doorlopen. In eerste

instantie werd een 3D-voorstelling gemaakt met behulp van lijnen en in tweede instantie

werden deze lijnen vervangen door cilindervormige ledematen waarmee voor ieder lidmaat de

positie van het deelzwaartepunt bepaald werd. In laatste instantie werden deze

cilindervormige 3D-voorstelling vervangen door een skelet waardoor er een realistisch beeld

van de sprong verkregen werd. Figuur 14 a en b tonen een screenshot van het programma

Qualysis waarin verschillende markers worden geïdentificeerd. Bovenaan rechts bevindt zich

de lijst met de verschillende markers die moesten gevuld worden en onderaan beneden

bevinden zich de niet geïdentificeerde markers die moeten worden toegewezen.

Via QTM (qualysis track Manager) en Visual 3D werden de baan van het COM (Center Of

Mass), gewrichtshoeken en radiale compressie berekend. Er werd voor iedere proefpersoon

ook gewerkt met het COH (center of hip) in plaats van het COM en het COf (center of finger)

in plaats van het COP (center of pressure).

29

Het COH werd gebruikt omdat data van het COM in het begin van de beweging afwezig

waren en het COf werd gebruikt om verschillen tussen beide proefpersonen te vinden in

handcontact (al dan niet verplaatsing van het COf) en in stijfheid, krachten, compressie en

stijfheid. De verschillende gewrichtshoeken die in deze studie van belang waren, zijn

elleboog-, schouder-, heupdij- en heup-hyperextensie hoek. De hoek die in deze studie het

meeste belangrijke was, is de flexie/extensiehoek. In bijlage 4 staan voorbeelden van enkele

Excel sjablonen die werden gebruikt om bepaalde berekeningen hierboven vermeld te maken.

Fig.14 a: QTM (qualysis track manager) met COP (links), tijdsbalk (onder) en markerlijst (rechts)

30

2.2.3.4 High speed Casio

Naast de krachten, 3D-kinematica en horizontale aanloopsnelheid werd ook de kwaliteit van

de sprong vastgelegd en dit gebeurde aan de hand van high-speedcamera’s van het merk

Casio (300 Hz). De opnames dienen als supplementaire informatie. Het liet ons toe eventueel

punten toe te kennen aan de sprong en om te vergelijken tussen beelden in QTM en

kwalitatieve beelden.

Fig.14b: QTM met markers (links) en traject van markers (boven)

31

2.2.3.5 Beoordeling en kwantificering stijfheid

Stijfheid wordt berekend op 2 verschillende momenten, namelijk op deze van maximale

radiale kracht en dat van maximale compressie. Indien deze 2 momenten op hetzelfde tijdstip

in de beweging voorkomen, zal er slechts 1 berekening moeten gemaakt worden. Om de

stijfheid te gaan berekenen op moment van maximale radiale kracht (Figuur 15) zullen we

deze maximale radiale kracht moeten delen door de compressie, die zich op dat moment

voordoet. In formule wordt dit dan:

k = Frad max /Δr

De stijfheid op het moment van maximale compressie wordt berekend door de radiale kracht

op moment van maximale compressie erdoor te delen. In formule wordt dit dan

k = Frad /Δr max

Om Δr te berekenen wordt er gebruik gemaakt van de volgende formule van Seyfarth:

Δrt= TDL - Tt + % ( TOL-TDL)

Waarbij de Δr = 0 op het moment van TD en TO

Tabel 6 geeft de verschillende apparatuur gestructureerd weer en de verschillende variabelen

die er mee verkregen werden.

Fig.15: Fgrk met radiale en tangentiële component

32

Tabel 6: apparatuur en variabelen

Variabelen en appartuur

apparatuur variabelen

QTM Qualysis Track Manager + V3D 1. inkomhoek-vertrekhoek

2. gewrichtshoeken

3. baan COM

4. snelheid COM

5. hoeksnelheid

6. radiale afstand

Noptel Laser 1. Aanloopsnelheid horizontaal

High-speed Casio 1. Kwalitatieve weergave sprong

Krachtmeetplatform 2. Fz (vert), Fy (voor-achter), Fx

(links-rechts)

3. COP

33

3. Resultaten

3.1 Inleiding en pretesten

Uit de eerste resultaten van de pretesten kwam vooral een asymmetrisch verloop van de

grondreactiekracht naar voor in combinatie met een overheersend afremmende actie van de

bovenste ledematen. In bijlage 1 zijn enkele krachtdata van de verticale grondreactiekracht, Fz,

terug te vinden voor de opdracht ‘handstand kaatsen en plat vallen’. Omdat de resultaten van

de pretesten duidelijk en bruikbaar waren, hebben we besloten om deze methodiek toe te

passen binnen de methodiek van dit onderzoek mits enkele aanpassingen.

Alle resultaten en data die in de grafieken en curves terug te vinden zijn, zijn gefilterde data.

Er werd gebruik gemaakt van de Butterworth lowpas filter en een cut-off frequency. De cut-

off frequency was voor alle krachtdata gelijk aan 50Hz en voor alle data van de kinematica

10Hz. In de resultaten van de testen zullen slechts twee proefpersonen van de vijf opgenomen

worden omdat het de bedoeling is te kijken naar verschillen tussen 2 gymnasten. Uit de testen

werden de 2 beste kaatsers voorhanden en deze waren ook dezelfde als in de pretesten.

Beelden opgenomen door de infrarood high-speed camera’s gaven vrij mooie resultaten voor

de gehele beweging van kleinere gymnasten, maar bij grotere gymnasten gingen markers aan

de voeten en onderbenen vaak uit beeld op het moment dat de gymnast richting handenstand

evolueerde. In het programma ‘visual 3D’ werden van de verschillende sprongen 3D-

voorstellingen gemaakt, maar door het ontbreken van enkele markers was het programma niet

in staat deze voorstelling te maken van de onderste ledematen bij grotere gymnasten. Om die

reden werden ledematen artificieel ‘vervolledigd’ en werd er van uitgegaan dat de benen

gedurende de volledige beweging gestrekt waren. Op die manier was het mogelijk om het

been te reconstrueren aan de hand van markers op de dij en op het bekken (in noodgevallen)

en zo een representatieve baan van COM te bekomen.

Om alle mogelijkheden te overlopen, werd gewerkt met verschillende gegevens. In eerste

instantie werd alles berekend aan de hand van het COM (center of mass) en het COP (center

of pressure), maar voor bepaalde resultaten werden ook COH (center of hip) en COf (center

of finger) gebruikt en vergeleken met de twee eerst genoemde. Het COf stond ter ‘vervanging’

van het COP en het COH stond ter ‘vervanging’ van het COM. Dit laatste was vooral van

toepassing bij het berekenen van de radiale afstand en compressie.

34

3.2 Testen

3.2.1 Krachten

De krachten, die hier worden weergegeven, werden berekend op basis van een assenstelsel

waarvan de X-richting staat voor de links-rechts component, de Y-richting voor de voor-

achter component en de Z-richting voor de verticale component. De verkregen waarden

werden dan vervolgens uitgezuiverd op 50 Hz. Aangezien de lichaamsmassa’s van beide

gymnasten vrijwel gelijk waren (pp1:66.8 kg, pp2:65 kg) wordt er gewerkt met absolute

krachten.

In verticale richting (Fz) is er tijdens contact een grote krachtwerking waarin twee pieken

aanwezig zijn. Bij de eerste proefpersoon vertoonde de eerste (passieve) piek een waarde van

1741 N na 37 ms en de tweede (actieve) piek een waarde van 1071 N na 83 ms. De tweede

proefpersoon vertoonde waarden van 1229 N na 45 ms en 885 N na 90 ms voor

respectievelijk passieve en actieve piek van de verticale reactiekracht. De voor-achterwaartse

krachtwerking is ook duidelijk aanwezig, echter in minder mate dan de verticale. Deze

krachtwerking is negatief, wat wijst op een afremmende actie van de gymnast. Piekwaarde

voor de eerste proefpersoonwaren -620 N na 36 ms en voor de tweede proefpersoon -384 N

na 43 ms. Links-rechts krachtwerking bleef beperkt. Pieken die voorkomen in de eerste 50 ms

worden gezien als impactpieken. Ook via de reactiekrachtmetingen zijn we in staat om de

contacttijd te bepalen. Het moment van TD wordt dan gezien als het moment waarbij de

verticale grondreactiekracht waarden aanneemt boven 8N. wanneer de verticale

grondreactiekracht weer onder de 8N gaat wordt gezien als het moment van TO. Waarden

worden geordend weergegeven in Tabel 7 en de krachten in de verschillende richtingen

worden weergegeven in Figuur 16. De totale grondreactiekracht en zijn radiale component

(belangrijk voor het berekenen van stijfheid) worden weergegeven in Figuur 17.

Tabel 7: Piekwaarden voor Fy (voor-achter) en Fz (verticaal).

krachten

PP Fz

Piek 1 piek2

fy CT

1 1741 N 1071 N -620 N 260 ms

2 1229 N 885 N -384 N 265 ms

35

3.2.2 Lineaire snelheid en impuls-moment relatie

3.2.2.1 Lineaire snelheden

Figuur 18 toont de aanloopsnelheid in de tijd en dit voor beide proefpersonen voor 1500

frames (opnamefrequentie aan 1000Hz). Dit wil zeggen dat we de snelheden hebben genomen

van 1.5 s voor het raken van de springplank. Op de grafiek is te zien dat de snelheden

ongeveer hetzelfde verloop kennen in de tijd maar dat de eerste proefpersoon wel altijd sneller

aanloopt dan de tweede proefpersoon.

Fig. 16 reactiekrachten in de verschillende richtingen (verticaal, voor-achter, links-rechts) voor pp 1 (links) en 2 (rechts) van TD

tot TO.

Fig. 17: gesommeerde grondreactiekracht (Fgrk) en zijn radiale component (Frad) geprojecteerd op de lijn tussen COM en

COFPvoor pp 1 (links) en pp 2 (rechts). Op basis van deze krachtwaarden werd ook de contacttijd bepaald. F>8N = TD en F< 8N

=TO.

36

De eerste proefpersoon liep met een gemiddelde snelheid van 5.53 ms-1

aan en had een

gemiddelde horizontale snelheid op de plint van 3.74 ms-1

. Deze proefpersoon heeft een

horizontale snelheid op de plint van 4.44 ms-1

bij TD en 3.47 ms-1

bij TO. De verandering in

horizontale snelheid bedraagt -0.97 ms-1

. De verticale snelheid op de plint had een gemiddelde

waarde van 2.31 ms-1

. De verticale snelheid van deze proefpersoon bedraagt bij TD 1.80 ms

-1

en bij TO 1.61 ms-1

. De verandering in verticale snelheid bedraagt -0.19 ms-1

.

De tweede proefpersoon liep aan met een gemiddelde snelheid van 5.22 ms-1

en had een

gemiddelde horizontale snelheid op de plint van 3.17 ms-1

. Er werd een horizontale snelheid

gemeten van 3.78 ms-1

bij TD en 3.11 ms-1

bij TO. De verandering in horizontale snelheid

bedraagt -0.67 ms-1

. De gemiddelde verticale snelheid bedroeg 1.48 ms-1

. De verticale

snelheid bedraagt bij TD 1.46 ms-1

en bij TO 0.94 ms-1

. Er treedt een verandering in verticale

snelheid op van -0.52 ms-1

.

De eerste proefpersoon heeft een vectoriële vTO van 3.83 m/s onder een hoek van 25°. De

twee proefpersoon heeft een vectoriële vTO van 3.25 m/s onder een hoek van 17°. Baan van

het lichaamszwaartepunt en vectoriële snelheid is te zien in figuur 19 a.

Fig.18: de aanloop snelheid in de tijd voor proefpersoon 1 en 2.

37

Om duidelijkheid te scheppen: de verschillende snelheden op de plint zijn de snelheden die

tijdens het blokken voorkomen. De horizontale en verticale snelheid in de tijd op Figuur 19 b.

Fig.19 b: Horizontale en verticale snelheid op de plint voor proefpersoon 1 (links) en proefpersoon 2 (rechts) van TD tot TO

0

1

2

3

4

5

1 11 21 31 41 51

sne

lhe

id (

m/s

)

frames (200 Hz)

vhor

vvert

0

1

2

3

4

5

1 11 21 31 41 51

sne

lhe

id (

m/s

)

frames (200 Hz)

vhor

Vvert

Fig.19 a : baan van het lichaamszwaartepunt tijdens de contactfase op de plint voor proefpersoon 1 en

2 van TD tot TO.

25°

17°

38

3.2.2.2 lineaire Impuls-momentum relatie

De lineair impuls-momentum relatie stelt dat de verandering in lineair momentum van een

lichaam gelijk is aan de lineaire impuls (hier de reactie-impuls van de pegasus op de gymnast)

die deze verandering veroorzaakt. In formule uitgedrukt:

lineair:

Het berekenen van een effectieve actieve impuls heeft enkel zin voor een tijdsperiode waarin

de snelheid continu toe- of afneemt. De impuls berekend uit de reactiekrachten is dan de

impuls die verantwoordelijk is voor de verandering in impuls berekend uit de

snelheidsveranderingen.

Verticale impuls

Bij de eerste proefpersoon zien we tijdens contact op de plint een toename in verticale

snelheid van 1.80 m/s bij TD tot een maximale waarde van 2.74 m/s na 120 ms (absolute

snelheidsverandering van 0.94 m/s). Proefpersoon één heeft een lichaamsgewicht van 66.8 kg.

De verticale impulsverandering in dit tijdsinterval (TD – 120 ms) bedraagt voor de eerste

proefpersoon dus 62.8 kgm/s ( m * ∆vvert ).

Wanneer voor dit tijdsinterval (TD – 120ms) de effectieve actieve verticale impuls berekend

wordt op basis van de grondreactiekracht bekomen we een verticale impuls van 51.6 kgm/s

(zelfde grootteorde als impuls berekend uit snelheden).

Bij proefpersoon twee zien we een tijdens contact op de plint een toename in verticale

snelheid van 1.46 m/s bij TD tot 1.85 m/s na 150 ms (absolute snelheidsverandering van 0.34

m/s). Proefpersoon twee heeft een lichaamsgewicht van 65 kg. De verticale

impulsverandering in dit tijdsinterval (TD – 150 ms) bedraagt voor proefpersoon twee dus

25.4 kgm/s ( m * ∆vvert ).

Wanneer voor ditzelfde tijdsinterval (TD – 150 ms) de effectieve actieve verticale impuls

berekend wordt op basis van de grondreactiekracht bekomen we een verticale impuls van

28.16 kgm/s (zelfde grootteorde als impuls berekend uit verticale snelheidsverandering).

39

Horizontale impuls

Wanneer we voor dezelfde verticale actieve periode (proefpersoon één: TD – 120 ms ;

Proefpersoon twee : TD – 150 ms) de horizontale impuls berekenen bekomen we bij de eerste

proefpersoon een verandering in horizontale snelheid van -0.83 m/s (TD: 4.44 m/s; vhor op

moment vvert max : 3.61 m/s) wat overeenkomt met een horizontale impulsverandering van -

55.4 kgm/s.

Wanneer voor ditzelfde tijdsinterval de horizontale impuls berekend wordt op basis van de

horizontale reactiekracht bekomen we een horizontale impuls van -33.7 kgm/s (ongeveer

zelfde grootteorde als impuls berekend uit horizontale snelheidsverandering tijdens verticale

actieve periode).

Wanneer de horizontale impuls tijdens de volledige contacttijd voor proefpersoon één (260

ms) berekend wordt krijgen we een horizontale snelheidsverandering van 0.97 m/s (TD: 4.44

m/s; TO: 3.47 m/s) wat overeenkomt met een horizontale impulsverandering van -64.8 kgm/s.



zelfde grootteorde als impuls berekend uit horizontale snelheidsverandering tijdens volledige

contacttijd).

Bij proefpersoon twee bekomen we tijdens de verticale actieve periode een horizontale

snelheidsverandering van -0.67 m/s (TD: 3.78 m/s; vhor op moment vvert max : 3.11 m/s) wat

overeenkomt met een horizontale impulsverandering van -43.5 kgm/s.


horizontale reactiekracht bekomen we een horizontale impuls van -26.5 kgm/s.

Wanneer de horizontale impuls tijdens de volledige contacttijd voor proefpersoon twee

(265ms) berekend wordt krijgen we een horizontale snelheidsverandering van 0.62 m/s (TD:

3.77 m/s; TO: 3.15 m/s) wat overeenkomt met een horizontale impulsverandering van -40.3

kgm/s.



zelfde grootteorde als impuls berekend uit horizontale snelheidsverandering tijdens volledige

contacttijd).

40

3.2.3 Angulaire snelheid en impuls-momentum relatie

Op Figuren 24 en 25 is de baan van het lichaamszwaartepunt (blauwe lijn) en de resulterende

krachtvector van de GRK (rode pijl)zichtbaar voor respectievelijk de eerste en tweede

proefpersoon. De vector staat bij beide gymnasten gedurende de hele beweging dorsaal

gericht van het LZP waardoor voorwaartse rotatie, verkregen bij TO springplank, wordt

tegengewerkt. Dit zijn de eerste indicaties van een contrasprong waarbij het angulair moment

bij TD groter is dan bij TO.

3.2.4 Aankom- en vertrekhoek

De hoek θ werd gedefinieerd als de hoek tussen lijn COP (center of pressure) -COM (center

of mass) en de horizontale. Gymnast één komt aan (TD) op de plint met een hoek θ van 30.6°

en vertrekt (TO) met een hoek van 86.4° ten opzichte van de horizontale. Gymnast twee komt

aan op de plint (TD) met een hoek van 40.3° en vertrekt (TO) met een hoek van 90.5°.

De eerste gymnast zal met een veel hogere hoeksnelheid inkomen op de plint, 266.0°/s, in

vergelijking met de tweede gymnast, 187.3 °/s. Beide gymnasten zullen de plint ook verlaten

met een verschillende hoeksnelheid, respectievelijk 70.0 °/s en 58.0 °/s voor eerste en tweede

proefpersoon.

Proefpersoon één had een gemiddelde hoeksnelheid van 218.4 °/s terwijl de tweede

proefpersoon een gemiddelde hoeksnelheid had van 192.5 °/s. Ook hier heeft de eerste

gymnast een hogere waarden van de tweede.

Proefpersoon 1 proefpersoon 3

Fig.20: horizontale grondreactiekracht (voor-achter) voor pp 1 (links) en pp2 (rechts) van TD tot TO. Het gearceerde gebied

is de horizontale actieve impuls.

41

Angulaire snelheid

Figuur 21a toont de hoek gevormd door COM-COP en de horizontale in de tijd van beide

proefpersonen van TD tot TO. Figuur 21b toont de verandering in hoeksnelheid voor beide

proefpersonen tijdens contact met de plint (TD-TO).

Gymnast één komt aan op de plint met een hoek θ van 30.6° en vertrekt met een hoek van

86.4° ten opzichte van de horizontale. Gymnast twee komt aan op de plint met een hoek van

40.3° en vertrekt met een hoek van 90.5°. De hoek θ werd gedefinieerd als de hoek tussen lijn

COP (center of pressure) -COM (center of mass) en de horizontale.

Bij de eerste proefpersoon is er een continue afname in angulaire snelheid in de tijd van TD

tot TO. Proefpersoon één heeft bij TD een angulaire snelheid van 4.86 rad/s en bij TO een

angulaire snelheid van 2.97 rad/s. Dit geeft een verandering in hoeksnelheid van 1.89 rad/s.

Bij de tweede proefpersoon is er geen continue afname in angulaire snelheid in de tijd van TD

tot TO. Deze proefpersoon heeft een afname in angulaire snelheid van TD tot 200 ms en

aangezien voor het berekenen van een impuls-moment relatie een continue afname in snelheid

nodig is, wordt er met dit tijdsinterval (TD-200 ms) gewerkt. Proefpersoon twee heeft bij TD

een angulaire snelheid van 3.75 rad/s en op moment van minimale angulaire snelheid een

angulaire snelheid van 2.98 rad/s. Dit geeft een verandering in hoeksnelheid van 0.77 rad/s.

Fig.21 a en b: hoek θ in de tijd en verandering in hoeksnelheid voor pp1 en pp2 van TD tot TO

42

Impuls-momentum relatie

Figuur 22 toont het angulair moment van beide proefpersonen in de tijd. Het angulair moment

werd berekend met volgende formule:

M = FGRK. L. sinγ of

M = FGRK. d┴

waarbij L staat voor de radiale afstand (afstand COM-COP), γ staat voor de hoek tussen de

radiale afstandsvector (COM/COP) en de krachtvector van FGRK en d┴ staat voor de

loodrechte momentsarm. Figuur 23 geeft een duidelijker beeld van deze formule.

Fig.22: angulair moment in de tijd van proefpersoon 1 en 2 van TD tot TO.

Fig. 23: stickfiguur met aanduiding van COM, COP, Fgrk, Frad, L en hoek γ

43

Op het angulair moment kunnen we de angulaire impuls-moment relatie toepassen waarbij

dezelfde definitie geldt als het lineair moment. Waarbij de gemiddelde angulaire impuls gelijk

is aan de verandering in angulair moment. De formule hier van toepassing is de volgende:

De eerste proefpersoon vertoont een continue afname van hoeksnelheid (1.89 rad/s) van TD

(4.86 rad/s) tot TO (2.97 rad/s). Om dit om te zetten naar een maat voor angulair momentum

verandering moet dit verschil in angulaire snelheid vermenigvuldigd worden met het

traagheidsmoment (gemiddeld voor traagheidsmoment rond salto as voor volwassen

mannelijke gymnasten = 10-12 kgm²)van de roterende massa. Voor de eerste proefpersoon

wordt een angulaire impulsverandering bekomen van 18.90 Nms. Indien het verschil in

hoeksnelheid wordt vermenigvuldigd met gemiddelde waarden voor traagheidsmoment die

Takei vond(preflight: 15 kgm², postflight: 12 kgm²), bekomt men een angulaire

impulsverandering van 37.30 Nms. Takei vond in zijn studie bij mannelijke toppers een

gemiddelde afname van 50 Nms.

Indien de angulaire impuls wordt berekend via het angulair moment moet het gemiddeld

angulair moment (243Nm) vermenigvuldigd worden met de contacttijd (260 ms). Indien deze

berekening wordt gedaan voor de eerste gymnast bekomt men een angulaire impuls van 63.10

Nms.

De tweede proefpersoon vertoont geen continue afname van hoeksnelheid van TD tot TO.

Deze gymnast vertoon een afname (0.77 rad/s) in angulaire snelheid van TD (3.75 rad/s) tot

200 ms (2.98 rad/s). Om dit om te zetten naar een maat voor angulair momentum verandering

moet dit verschil in angulaire snelheid vermenigvuldigd worden met het traagheidsmoment

(gemiddeld voor traagheidsmoment rond salto as voor volwassen vrouwelijke gymnasten = 10

kgm²) van de roterende massa. Voor de tweede proefpersoon wordt een angulaire

impulsverandering bekomen van 7.70 Nms. Indien het verschil in hoeksnelheid wordt

vermenigvuldigd met gemiddelde waarden voor traagheidsmoment die Takei vond (preflight:

8.60 kgm², postflight: 7.90 kgm²), bekomt men een angulaire impulsverandering van 8.74

Nms. Takei vond in zijn studie bij vrouwelijke gymnasten een gemiddelde afname van 20

Nms.

44

Er moet wel in gedachten gehouden worden dat wij in deze studie te maken hebben met

grotere (173 cm) en zwaardere (65 kg) vrouwelijke gymnasten waardoor waarden voor

traagheidsmoment van Takei zouden moeten worden vergroot.

Indien de angulaire impuls wordt berekend via het angulair moment moet het gemiddeld

angulair moment (185 Nm) voor het tijdsinterval van continue afname in angulaire snelheid

(TD - 200 ms) vermenigvuldigd worden met dit tijdsinterval (200 ms). Indien deze

berekening wordt gedaan voor de tweede gymnast bekomt men een angulaire impuls van

36.97 Nms.

45

Fig.24: baan van het lichaamszwaartepunt (blauwe lijn) en vector van de grondreactiekracht (rode pijl) voor proefpersoon 1.

46

Fig.25: baan van het lichaamszwaartepunt (blauwe lijn) en vector van de grondreactiekracht (rode pijl) voor proefpersoon 2

47

3.2.5 Gewrichtshoeken

3.2.5.1 Elleboog

De hoek in de elleboog werd gedefinieerd als de hoek tussen onder- en bovenarm en 162.3°

en 166.6°, respectievelijk linker en rechter elleboog, wordt gezien voor de eerste proefpersoon

als neutrale houding. Voor de tweede proefpersoon zijn deze hoeken 171.8° en 152.8°

(respectievelijk linker en rechter elleboog). De neutrale positie van het gewricht werd voor

iedere proefpersoon bepaald in anatomische houding. Een kleinere hoek wijst op meer flexie

en een grotere hoek op meer extensie. Figuur 26 toont de ellebooghoek in de tijd waarbij de

stippellijn de neutrale positie voor iedere proefpersoon aanduidt. De eerste proefpersoon had

bij TD een hoek van 154.5° en 162.6° in respectievelijk de linker en rechter elleboog. Deze

hoek had een minimum van 136.1° en 152.0° voor respectievelijk de linker en rechter

elleboog. Bij TO had deze proefpersoon een hoek van 154.2° en 163.2° voor respectievelijk

linker en rechter elleboog. De verandering van de ellebooghoek bedraagt 10.0° tot 18.0°. De

tweede proefpersoon had bij TD een hoek van 166.8° en 159.6° in respectievelijk de linker en

rechter elleboog. Minimum waarden waren 153.5° en 141.2° voor respectievelijk linker en

rechter elleboog. Bij TO had deze proefpersoon een hoek van 153.5° en 143.7° in

respectievelijk linker en rechter elleboog. De verandering van de ellebooghoek bedraagt hier

8.0°. Waarden van de ellebooghoek worden gestructureerd weergegeven in tabel 8.

Fig.26 ellebooghoek in de tijd van pp 1 (links) en pp 2 (rechts) van TD tot TO.

Tabel 8: waarden ellebooghoek tijdens contact

elleboog

PP links rechts

TD Min TO TD Min TO

1 154,5° 136,1° 154,2° 162,6° 152.0° 163,2°

2 166,8° 153,5° 153,5° 159,6° 141,2° 143,7°

48

3.2.5.2 Schouder

De schouderhoek werd gedefinieerd als de hoek tussen romp en bovenarm in het sagitale vlak.

Neutrale waarden werden gemeten in anatomische positie met de armen afwaarts naast de

romp. In neutrale hoek het de eerste proefpersoon een schouderhoek van -10.5 rad en -7.5 ,

respectievelijk linker en rechter schouder. De eerste proefpersoon had bij TD een

schouderhoek van 108.4° en 112.6° in respectievelijk de linker en rechter schouder (Fig. 27).

De minima waren 98.6° en 112.3° voor linker en rechter schouder. Bij TO hadden de

proefpersoon hoeken van 119.4° en 138.9° in linker en rechter schouder. De tweede

proefpersoon had een hoek van 124.8° en 118.5° in respectievelijk linker en rechter schouder.

Minima waren 117.4° en 111.0° voor linker en rechter schouder. Bij TO had de proefpersoon

hoeken van 147.9° en 140.9° in linker en rechter schouder. Waarden voor de schouderhoek

worden geordend weergegeven in tabel 9.

Fig.27: Schouderhoek in de tijd van pp1 (links) en pp 2 (rechts) van TD tot TO.

Tabel 9: Waarden voor de schouderhoek in de tijd voor pp 1 (links) en pp2 (rechts)

schouder

PP links rechts

TD Min TO TD Min TO

1 108,4° 98,6° 119,4° 112,6° 112,3° 138,9°

2 124,8° 117,4° 147,8° 118,5° 111,0° 140,9°

49

3.2.5.3 Heuphoek-hyperextensie

Deze hoek werd gedefinieerd als de hoek tussen het bekken segment en de romp waarbij een

toename in de hoek staat voor meer extensie. Neutrale waarden van deze hoek werden

gemeten in anatomische positie. Proefpersoon één had de lumbaal hyperextensiehoek van 24°.

Voor proefpersoon twee was deze hoek 19° Waarden die hoger zijn dan de neutrale waarden

wijzen op een hyperextensie in heuphoek-hyperextensie. De eerste proefpersoon vertoonde bij

TD een hoek van 28.5° in de heup (Fig.28). Deze hoek had een minimum van 27.5° en had

een waarde van 30.8° bij TO. De tweede proefpersoon vertoonde bij TD een hoek van 12.5°

en deze waarde was tevens het minimum. Bij TO had deze proefpersoon een hoek van 20.6°

in de heup. Deze waarden werden allemaal verkregen door de neutrale stand in acht te nemen.

Tabel 10 toont de waarden van de heuphoek gericht naar hyperextensie.

Fig.28: Heuphoek-hyperextensie in de tijd van pp1 (links) en pp2 (rechts) van TD tot TO.

Tabel 10: Waarden voor de heup-hyperextensie in de tijd voor pp1 en pp2

Heup-hyperextensie

PP TD min TO Neutraal

1 28,5° 27,5° 30,8° 24°

2 12,5° 12,5° 20,6° 19°

50

3.2.5.4 Heup-dij

Deze hoek werd gedefinieerd als de hoek tussen bovenbeen en romp. Hoe kleiner de waarden

voor deze hoek hoe meer flexie er op dat moment aanwezig is in de heup. De eerste

proefpersoon had bij TD een heup-dij hoek van 145.0° en 138.6°, respectievelijke links en

rechts (Fig.29). Minima voor deze hoek waren 142.7° en 137.9° voor linker en rechter heup-

dij hoek. Bij TO had deze hoek een waarde van 150.6° en 151.4° in respectievelijk de linker

en rechter heup-dij hoek. De tweede proefpersoon had bij TD een hoek van 159.1° in de

linker heup-dij hoek. Data van de rechter heup –dijhoek ontbreekt tot en met 11% van de

contacttijd.

Minima voor beide hoeken in de heup zijn voor de linker heup-dij hoek dezelfde als bij TD en

voor de rechter heup-dij hoek 165.3° (waarde op 11% van de contacttijd). Bij TO had deze

proefpersoon een hoek van 171.5° en 170.9° in respectievelijk de linker en rechter heup-dij

hoek. De waarden voor deze hoek worden geordend getoond in tabel 11.

Tabel 11 waarden voor de heup-dij hoek in de tijd voor pp1 en pp2. Heup-dij

PP links rechts

TD Min TO TD Min TO

1 145,1° 142,7° 150,6° 138,6° 137,9° 151,4°

2 159,1° 159,1° 171,5° X 165,3° 170,9°

Fig.29: hoek tussen heup en dij in de tijd voor pp1 (links) en pp 2 (rechts) van TD tot TO.

51

3.2.6 Radiaal concept

Figuur 30 toont de baan van het lichaamszwaartepunt tijdens contactfase met de plint voor de

eerste en tweede proefpersoon. De negatieve waarden op de x-as hebben een negatief teken

door de plaatsing van het assenstelsel. Stijfheid kan berekend worden als de verhouding van

Frad (projectie van de volledige plintreactiekracht op de radiale richtingsvector), de

inwerkende kracht op het lichaam, op ΔL, de verandering van de radiale afstand. Figuur 32

geeft de radiale afstand ( afstand tussen COM en COP) in functie van contacttijd (in procent)

van de beweging handstand overslag. Bij proefpersoon één is de radiale afstand bij TD gelijk

aan 1.09 m. Na TD verkleint deze afstand tot 0.94 m op 34% van de totale beweging. Bij TO

is de radiale afstand toegenomen tot 1.19 m. Voor proefpersoon twee is de radiale afstand bij

TD 1.07 m. Vervolgens verkleint deze afstand tot 0.95 m op 44% van de volledige beweging.

Nadien neemt deze radiale afstand weer toe tot 1.08 m. wat gelijk is aan de radiale afstand bij

TO.

Omdat er verschillen zijn in de verplaatsing van het COP tussen beide proefpersonen, door vb

af te rollen over de handen, tijdens contact werd de radiale afstand ook berekend door gebruik

te maken van het COf (center of finger). Hierbij werden dezelfde berekeningen gebruikt, maar

in plaats van het COP als punt te nemen voor de afstand, werd het COf gebruikt. Deze werd

verkregen door een fictieve marker tussen de vingers te plaatsen. Dit zorgde voor een rechte

tussen de punten COM en COf. De radiale afstand in de tijd berekend op deze manier wordt

weergegeven in Figuur 34. We zien dat de resultaten verkregen via de twee verschillende

manieren een gelijkenlopend beeld geven. In het algemeen liggen de waarden van de tweede

methode wel lager dan deze bekomen via de eerste methode.

Fig.30: De curve geeft de radiale afstand in functie van het percentuele verloop van de handstandoverslag

van TD tot TO. Dit berekend met COP en Cof.

52

3.2.7 Reactiviteit/stijfheid

Figuur 31 toont de stijfheid en radiale compressie, berekend met COP, van proefpersoon één

en twee gedurende de contactfase op de plint. De radiale compressie werd gedefinieerd als het

verschil in radiale afstand in vergelijking met deze afstand bij TD. We zien op de grafiek een

initiële stijging tot een maximum waarde van 15894 N/m voor de eerste proefpersoon en tot

13761 N/m voor de tweede proefpersoon. De maximale radiale compressie van de eerste

proefpersoon heeft een waarde van 0.185 m en van de tweede proefpersoon een waarde van

0.125 m. Op figuur 33 zien we actieve piek ( maximale radiale kracht) en ∆Lmax op het zelfde

moment tijdens contact voorkomen.

De actieve piek werd berekend met de formule:

Frad = FGRK . cosγ

Om de formule te verduidelijken werd Figuur 32 ingevoegd.

Fig.31: stijfheid (links) en compressie (COM-COP) (rechts) in functie van de tijd voor pp1 en pp2 van TD tot TO.

Fig.32: voorstelling gymnast met COM, COP, Fgrk, Frad en hoek γ

53

De radiale stijfheid op het moment van maximale radiale kracht of maximale compressie is

gelijk en bedroeg bij de eerste proefpersoon 5417 N/m en bij de tweede proefpersoon 6785

N/m. Waarden worden geordend in tabel 12.

In bovenstaande berekeningen van stijfheid en radiale compressie werd gebruik gemaakt van

het COP om de hoek γ te bepalen. Indien we gebruik zouden maken van het COf (center of

finger) om deze hoek en de radiale afstand te bepalen, bekomen we andere waarden voor

stijfheid en radiale compressie. In de resultaten zien we dat zowel stijfheid als compressie

berekend worden aan de hand van het COf en zeer grote gelijkenissen vertonen met de

berekeningen aan de hand van het COP.

Fig.33 : Frad in de tijd boven en compressie in de tijd (onder) van TD tot TO. Maximale compressie en tweede piek van

radiale kracht komen op het zelfde moment voor tijdens contact(zwarte lijn) en dit voor pp1 (links) en pp2 (rechts).

Tabel 12: waarden stijfheid en compressie tijdens contact voor pp1 (links) en pp 2 (rechts)

Stijfheid en compressie

pp kmax ∆Lmax K Fradmax/∆Lmax Moment voorkomen (% CT)

1 15894 N/m 0,185 m 5417 N/m 39%

2 13761 N/m 0,125 m 6785 N/m 39%

54

Figuur 34 toont de stijfheid en de radiale compressie in de tijd voor de twee proefpersonen en

dit aan de hand van het COf. Tabel 13 toont de verschillende waarden van beide

proefpersonen.

Aangezien in deze berekeningen maximale stijfheid en compressie niet op hetzelfde moment

vallen, zijn we genoodzaakt om op beide momenten de stijfheid te berekenen. Waarden voor

de stijfheid op beide momenten bevinden zich eveneens in tabel 13.

Fig.34.: stijfheid (links) en radiale compressie (rechts, via formule van Seyfarth) in functie van de tijd van TD tot TO aan

de hand van COM-COF voor proefpersoon 1 en 2.

Tabel 13: waarden stijfheid en compressie tijdens contact voor pp1 (links) en pp 2 (rechts) adhv het COF

Stijfheid en compressie

pp kmax ∆Lmax K

Fradmax/∆L

K Frad/∆Lmax tijdstip Fradmax tijdstip ∆Lmax

1 32162 N/m 0,134 m 32161 N/m 6161N/m 32% 39%

2 44040 N/m 0,083 m 44040 N/m 9664N/m 35% 42%

55

4. Discussie

4.1 Is stijfheid/reactiviteit een prestatiebepalende factor?

Als eerste onderzoeksvraag werd nagegaan of stijfheid een prestatiebepalende factor is, en of

een betere gymnast zich dus reactiever gedraagt dan een mindere gymnast. Dit laatste was dan

ook de hypothese die naar voor werd geschoven.

Een eerste indicatie voor het stijver reageren is het vertonen van grotere waarden voor de

actieve piek in de verticale grondreactiekracht en dit in combinatie met een kortere contacttijd,

wat per definitie wordt gezien als stijfheid. De eerste gymnast, die deelnam aan het onderzoek

heeft duidelijk een hogere actieve piek (1071 N) en heeft ook een kortere contacttijd met de

plint (261 ms) in vergelijking met de tweede proefpersoon (respectievelijk 885 N en 265 ms

voor de derde gymnast). Ook de grootte van de impact piek (waarden voor de eerste 50 ms) in

de verticale grondreactiekracht speelt een belangrijke rol naar prestatie toe. Seyfarth (1999)

bracht in zijn studie binnen het verspringen naar voor dat de passieve piek door atleten zo

hoog mogelijk wordt gemaakt om een groter verticaal moment en impuls uit te lokken. Dit

kan verder uitgebreid worden naar de handstandoverslag waar gymnasten sneller zullen

aanlopen om de plint actiever en agressiever aan te vallen en zo eveneens een grotere passieve

piek te verkrijgen. In deze studie was het duidelijk dat de eerste gymnast een veel hogere

passieve piek (1741 N) vertoonde dan de tweede gymnast (1229 N). Dit kan dus, zoals

hierboven beschreven, deels verklaard worden door het verschil in aanloopsnelheid van beide

gymnasten waardoor de eerste proefpersoon een groter angulair momentum opbouwt tijdens

afstoot op de springplank en dus tijdens contact meer en een groter angulair momentum

afblokt, kan grotere krachtwerkingen verklaren. Het doel van blokken is immers om

horizontale en angulaire impuls om te zetten naar een verticale impuls zodanig dat de winst in

verticale lineaire impuls groter is dan het verlies aan horizontale lineaire impuls omdat er ook

een afremming is van de rotatie die bijdraagt in de verticale impuls. De effecten van

aanloopsnelheid kunnen eerder als onrechtstreeks beschouwd worden. Deze besluiten komen

terug bij de eerste proefpersoon die behoorlijk goed kaatst en tijdens de eerste helft van het

contact met de plint ervoor zorgt dat er een goede transfer is van horizontaal en angulair

momentum naar verticaal momentum wat uiteindelijk zal leiden tot een hoge en verre tweede

vluchtfase.

56

Een gymnast die weet dat hij goed kan kaatsten zal sneller aanlopen. Door het sneller

aanlopen van de eerste gymnast (5.35 ms-1

) krijgt hij de kans om een groter angulair moment

op te bouwen tijdens afstoot op de springplank waardoor het mogelijk is om de plint aan te

vallen onder een kleinere inkomhoek (30.6°) ten opzichte van de horizontale. Door het groot

angulair momentum, wat ook het geval is bij de eerste proefpersoon, heeft de gymnast geen

probleem om de rest van de weg over de plint af te leggen. De tweede proefpersoon die

deelnam aan het onderzoek had een lagere aanloop snelheid (5.22 ms-1

) waardoor ook minder

momentum kon worden opgebouwd tijdens de afstoot op de springplank.

Door deze lagere aanloopsnelheid en angulair momentum is deze gymnast verplicht om de

plint aan te vallen met een grotere hoek (40.3°) ten opzichte van de horizontale om de rotatie

tot een goed einde te brengen. Dit weerspiegelt zich in de wat hogere positie van het

lichaamszwaartepunt bij TD van het paard.

Een lager angulair momentum bij TO zal op zich ook leiden tot een hogere score die wordt

gegeven door een jury en is in grote mate afhankelijk van het angulair momentum dat men

bezit bij TD (Takei 1989/1992). De eerste gymnast heeft een veel grotere hoeksnelheid (4.86

rad/s) bij contact met de plint en zal bij het verlaten van de plint een lagere hoeksnelheid (2.97

rad/s) hebben wat er tevens op wijst dat het om een contrasprong gaat. De tweede gymnast

heeft veel minder hoeksnelheid (3.75 rad/s) bij het raken van de plint en zal op het einde van

de beweging nauwelijks verschil vertonen (2.98 rad/s) wat in tegenstelling is tot de literatuur.

Een mogelijke verklaring is dat deze tweede gymnast meer op de hielen zal trekken om de

beweging te kunnen af werken waardoor het angulair moment even stijgt. Het angulair

momentum van de eerste proefpersoon is meer afremmend dat deze van de tweede gymnast

waardoor de eerste gymnast een grotere omzetting heeft van angulair en horizontaal moment

naar verticaal moment.

Verschillende gewrichtshoeken werden gemeten en deze zijn tevens een indicatie voor

reactiviteit aangezien stijfheid gedefinieerd wordt als de mate waarin weerstand wordt

geboden tegen vervorming onder invloed van externe krachtwerking. Het inveren of het

plooien van gewrichten kan dus gezien worden als een soort vervorming. Belangrijkste

hoeken die hier naar voor komen zijn de heup-, elleboog- en schouderhoek. De verandering

van de hoeken in de tijd moet zo klein mogelijk zijn (minder compressie) om als één stijf

geheel te roteren over de polsen.

57

De aanloopsnelheid kan een invloed hebben op het al dan niet reactief reageren. Deze invloed

zal echter, naar ons mening, beperkt zijn aangezien verschillen tussen beide proefpersonen

miniem zijn. De rotatie opgebouwd bij de afstoot op de plank, zonder teveel verlies aan

horizontale snelheid, zou een belangrijkere rol kunnen spelen hierin. Om hieromtrent

sluitende conclusies te trekken is verder onderzoek nodig. Voor de heuphoek werd hier alleen

de waarde opgeschreven voor één been maar deze trend zet zich duidelijk verder in het andere

been. De tweede gymnast die met een grotere inkomhoek met de horizontale de plint aanvalt

heeft meer tijd en een langere vlucht. Door het bezit van meer tijd krijgt de gymnast de kans

om het lichaam meer te strekken voor de plint wordt geraakt. Daar wij enkel beschikken over

een sterk vereenvoudigde benadering van het angulair moment tijdens de voorvlucht moet

verder onderzoek gedaan worden naar de invloed van deze voorvlucht op reactiviteit. Dit zou

wel eens van cruciaal belang kunnen zijn aangezien de invloed van inkomcondities

onderschat kan worden. Het hebben van optimale inkomcondities kan primeren op de pure

reactiviteit (kaatsen).

De ellebooghoek bij de eerste gymnast heeft een initiële daling maar zal na deze daling een

continue stijging aanhouden tot TO wat wil zeggen dat de armen steeds meer gestrekt worden.

Dit is geheel in tegenstelling tot de tweede gymnast die gedurende de hele beweging meer en

meer door de armen gaat buigen. In de heup zien we het omgekeerde fenomeen de kop

opsteken. Daar blijft de heuphoek van deze gymnast na de initiële fase constant en meer

gestrekt (open heuphoek) dan de eerste gymnast.

Tijdens de contactfase zal de tweede gymnast een grotere verandering vertonen in

hyperextensie ten opzichte van de neutrale stand. Dit fenomeen kan gelinkt worden aan het

eerder besproken ‘trekken op de hielen’ van de tweede gymnast waarbij de hoek tussen

bekken en romp groter wordt. De eerste gymnast zal tijdens de gehele beweging het lichaam

stijver houden (schelphouding) om zo effectiever te kunnen blokken en het lichaam als 1

massa, in plaats van onderling bewegende massa’s, te laten roteren.

Tijdens het contact met het paard werd radiale afstand gemeten. Deze afstand werd

gedefinieerd als de afstand tussen het COP en COM en kan ons ook een indicatie geven van

reactiviteit van de gymnast in de vorm van vervorming. Hoe groter de waarden voor

compressie hoe lager de reactiviteit en hoe minder reactief de gymnast, volgens ons concept,

reageert.

58

In de resultaten is echter te zien dat de tweede proefpersoon een kleinere radiale compressie

vertoont dan de eerste proefpersoon wat zou willen zeggen dat de eerste gymnast minder

reactief reageert en dit in tegenstelling tot vorige indicaties. De eerste gymnast had een

maximale radiale compressie van 0.185 m. De tweede gymnast had een maximale radiale

compressie van 0.125 m. De grotere radiale compressie van de eerste gymnast zou kunnen

verklaard worden door de buiging in de ellebogen tijdens contact en door de grotere

impactkrachten en reactiekracht van de plint. Op het moment van maximale compressie treedt

ook de maximale buiging in de ellebogen op. Om de invloed van deze hoek op de stijfheid te

bekijken moet er rekeningen gehouden worden met het verloop van de hoek in de tijd. Op het

moment van maximale compressie is te zien dat de eerste gymnast een veel kleinere hoek, en

dus een veel grotere flexie, vertoont van de elleboog. Het is ook duidelijk te zien dat de

verandering in hoek tussen TD en moment van maximale compressie veel groter is bij de

eerste proefpersoon (l:18.0° en r:10.0°) dan bij de tweede proefpersoon (l:7.0° en r: 10.0°)

waardoor de radiale compressie beïnvloed wordt.

Radiale afstand wordt tevens ook bepaald door de niet gemeten repulsie en depressie van de

schouderbladen.

Stijfheid op zich werd berekend aan de hand van het radiaal concept waar gebruik gemaakt

werd van de radiale compressie en de radiale grondreactiekracht. Stijfheid werd berekend

door de maximale radiale kracht te delen door de radiale compressie die zich op dat moment

voordoet. Indien we de hypothese verder doortrekken, zouden we verwachten dat de eerste

gymnast hogere waarden voor stijfheid zal vertonen. In de resultaten is echter te zien dat de

tweede gymnast hogere waarden voor stijfheid vertoont dan de eerste. Dit wordt echter wel

logisch indien gekeken wordt naar de radiale compressie. Zoals eerder besproken zal de eerste

gymnast meer radiale compressie vertonen en dus, volgens deze berekening, minder stijf

reageren. In eerste instantie werd de stijfheid berekend door gebruik te maken van de radiale

afstand welke gedefinieerd werd als de afstand tussen COM en COP.

De radiale compressie werd ook berekend aan de hand van het COf (center of finger) dat het

COP verving indien de trajecten van het COP voor beide proefpersonen teveel verschilde.

Indien het verloop van het COP in de tijd van beide gymnasten werd vergeleken, waren er

grote verschillen te merken. Wanneer het COf werd gebruikt om radiale compressie te

berekenen, werden geen grote verschillen gevonden, wat wil zeggen dat de eerste

proefpersoon nog steeds grotere waarden vertoonde.

59

Ook angulair momentum en moment kunnen gelinkt worden aan stijfheid door de excentrisch

werkende GRK. De eerste gymnast heeft een groter angulair momentum (hoeksnelheid) en

grotere angulair moment door deze GRK. Dit angulaire aspect zit niet rechtstreeks omvat in

de radiale definitie van stijfheid waardoor verschil in stijfheid door het radiale concept niet

volledig gedekt wordt. De mogelijkheid bestaat dat de verschillen tussen beide proefpersonen

groter zijn in angulair moment (de krachtwerking) dan in radiale kracht.

4.2 Is de methode geschikt voor het berekenen van stijfheid/reactiviteit?

De resultaten die werden bekomen voor radiale afstand en compressie lagen in de lijn van de

verwachtingen omdat de eerste proefpersoon als betere kaatser, reactievere gymnast, naar

voor was geschoven. Doch was er een schijnbare discrepantie tussen enerzijds de TO

condities, contacttijd, impuls-momentum relatie, radiale kracht en vormspanning (waar de

eerste gymnast als betere kaatser naar voor wordt geschoven) en anderzijds de radiale

compressie, radiale stijfheid en verandering in ellebooghoeken, die de tweede gymnast als

betere kaatser aanduiden. Als mogelijke verklaring werd gedacht aan een verschillend verloop

in de tijd van het COP van beide gymnasten, waarbij de eerste gymnast meer een afrollende

actie over handen en vingers uitvoert. Na het bekijken van beide trajecten was er groot

verschil tussen beide gymnasten en werd gezocht naar een oplossing. Er werd een fictieve

marker gecreëerd tussen de vingers, COf, die dienst moest doen als vervanger van het COP.

Indien er gekeken wordt naar de radiale afstand en compressie werden dezelfde conclusies

getrokken. De eerste gymnast had nog steeds een grotere radiale compressie in vergelijking

met de tweede gymnast. Om effectief te blokken is echter een grotere radiale compressie

nodig waarin de TO condities een belangrijke rol spelen. Een grotere radiale compressie kan

gevolgd worden door een actieve repulsiefase.

De stijfheid werd op verschillende manier berekend. Om de radiale compressie te berekenen

werd gebruik gemaakt van de formule van Seyfarth die hieronder wordt weergegeven.

Δrt = TDL - Lt + % ( TOL-TDL)

60

De radiale afstand, die nodig is om de radiale compressie te berekenen, werd op verschillende

manieren gedefinieerd. Zo werd gewerkt met de rechte tussen COM-COP of met de rechte

COM-COf om de radiale afstand te bepalen. Wanneer gebruik gemaakt wordt van de eerste

mogelijkheid zien we dat de maximale radiale compressie op het zelfde moment voorkomt als

de actieve piek in de radiale grondreactiekracht. Indien voor radiale afstand gebruik gemaakt

wordt van de rechte COM-COf, zien we dat de maximale radiale compressie en actieve piek

in radiale kracht op verschillende momenten in de tijd voorkomen. Er moet wel de nadruk

opgelegd worden dat het angulaire niet rechtstreeks vervat zit in de radiale definitie van

stijfheid waardoor er mogelijke verschillen niet gedetecteerd zijn. Er zijn echter wel

aanwijzingen voor een groter angulair moment (F), en angulair momentum (rad/s)

4.3 beperkingen van het onderzoek

Als tweede onderzoeksvraag vroegen we ons af of de gebruikte methodiek in deze studie

geschikt is om stijfheid of reactiviteit te meten en te beoordelen. Deze vraag werd gesteld in

functie van verder onderzoek naar stijfheid/reactiviteit in de bovenste ledematen bij

gymnastische sprongen over het paard.

We beschikten uiteindelijk maar over vijf gymnasten die deelnamen aan onze studie en hier

was ook geen enkele topper bij. De populatie welke we graag hadden onderzocht (topsporters

Gent) kon niet deelnemen omdat deze in de voorbereidingsfase zat van het Europees

Kampioenschap.

De opstelling, die in deze studie werd gebruikt, kwam niet volledig overeen met de

werkelijkheid op wedstrijden. De afstand tot waar aangelopen kon worden was beperkt en niet

zo lang als de lengte die beschikbaar is op wedstrijden. Echter, geen enkele gymnast had er

problemen mee en indien er toch van verder wou aangelopen worden, werd er een

supplementaire aanloopmat gelegd. Ook werd gebruik gemaakt van een vaste hoogte van de

plint, namelijk 130 cm, terwijl vrouwen eigenlijk op lagere plinten springen dan mannen.

Uiteindelijk zal dit een afwijking van de werkelijkheid geven voor de vrouwen aangezien de

hoogte van de plint bij vrouwen gaat tot maximaal 125 cm en de maximale plinthoogte bij de

mannen 135 cm is. Een plint is dan ook niet helemaal hetzelfde als de pegasus aangezien deze

een schuin vlak heeft in het begin en ook een groter, elastischer en zachter contactoppervlak

bezit.

61

In het maken van de 3D-reconstructie werd duidelijk dat verschillende markers van een

proefpersoon verdwenen uit het zicht van de high speed infrarood QTM camera’s waardoor

3D-kinematische data van de onderbenen verloren ging.

Om die reden waren we verplicht, uitgaande van gestrekte benen, een volledig been weer te

geven als één groot geheel waarin zowel de massa van onder- als bovenbeen verwerkt zaten.

Hiervoor werden markers gebruikt ter hoogte van de heup, dij en de enkel. Het bovenbeen

werd gereconstrueerd zodanig dat de invloed op de positie van het LZP minimaal bleef.

62

4.3 Besluit

Of reactiviteit als prestatiebepalende factor gezien mag worden is niet éénduidig. Er is een

schijnbare discrepantie tussen enerzijds de TO condities, contacttijd, impuls-momentum

relatie, radiale kracht en vormspanning (waar de eerste gymnast beter scoort dan de tweede)

en anderzijds de radiale compressie, radiale stijfheid en elleboog (waar de tweede gymnast als

beter naar voor wordt geschoven). Ookal zijn de waarden voor radiale stijfheid lager bij de

eerste gymnast, dit wordt toch als meer functioneel kaatsen beschouwd aangezien de grotere

radiale compressie wordt gevolgd door een waarschijnlijk actieve repulsie.

In de resultaten zijn echter wel voldoende gegevens die erop wijzen dat proefpersoon één de

betere kaatser is. Op gebied van methodiek kan wel een onderscheid gemaakt worden in het

goed of slecht kaatsen. Reactiekrachten in combinatie met contacttijd, de omzetting van

horizontale en angulaire momentum naar verticaal momentum, verandering in

gewrichtshoeken en vormspanning/schelphouding (weinig verandering in gewrichtshoeken)

kon duidelijk verschillen aantonen tussen een meer of minder reactieve gymnast. Het concept

van radiale stijfheid slaagde er echter niet in om bij deze zeer beperkte populatie het verschil

in stijfheid weer te geven als een biomechanische variabele.

Het angulair momentum blijkt bij de tweede proefpersoon niet continu af te nemen tussen TD

en TO ( wel tot 200 ms) wat wel het geval was bij de eerste proefpersoon. Dit gegeven is

geheel in tegenstelling tot de literatuur die beweert dat de handstandoverslag een contrasprong

is. Mogelijke verklaringen hiervoor kunnen zijn dat er enkel in horizontale en verticale

richting werd gewerkt en dat de invloed van het trekken op de hielen onderschat wordt. Ook

naar methodiek toe moet er benadrukt worden dat er alleen rekening werd gehouden met

radiale kracht en compressie en dat alle waarden voor snelheden, afstand en hoeken slechts

benaderingen van de realiteit zijn. Deze benaderingen zijn een gevolg van het lichaam voor te

stellen als een vereenvoudigd segmentenmodel en deze vereenvoudigingen te implementeren

in meerdere concepten.

Het opzetten van een perfect onderzoek of experiment is niet mogelijk, echter het streven

ernaar is een must. Het verder onderzoeken naar stijfheid of reactiviteit van de bovenste

ledematen bij gymnastische sprongen over het paard en het vinden van een optimale

methodiek zijn doelstellingen die naar de toekomst toe perspectieven moeten openen.

63

Bibliografie

Arampatzis, A., Schade, F., Walsh, M., Brüggeman, G-P., 2001. Influence of leg stiffness and

its effect on myodynamic jumping performance. Journal of electromyography and kinesiology,

11, 355-364.

Belli, A., Chevallier, B., Jeannin, T., Morin, J-B., 2006. Spring-mass model characteristics

during sprint running: Correlation with performance and fatigue-induced changes, Journal of

sport medicine. 27, 158-165.

Blum, Y., Lipfert, S.W., Seyfarth, A., 2009. Effective leg stiffness in running. journal of

biomechanics, 42, 2400-2405.

Brughelli, M., Cronin, J., 2008. A review of research on the mechanical stiffness in running

and jumping: methodology and implications. Scandinavian journal of medicine and science in

sports, 18, 417-426.

Brughelli, M., Cronin, J., 2008. Influence of running velocity on vertical leg and joint

stiffness. Sports med: 38 (8) : 647-657.

Chalmers,D.j., Davidson, P.L., Mahar,B., Wilson, B.D., 2005. Impact modeling of gymnastic

back-handsprings and dive-rolls in children, Journal of applied biomechanics. 21, 115-128.

Chen, H-C., Yu, C-Y., Cheng, K.B., Computer simulation of the optimal vaulting motion

during the horse (table) contact phase.

Dainis, A., 1981. A model for gymnastics vaulting. Medicine and science in sports and

exercise, 13 (1), 34-43.

Farley,C.T., Gonzalez, O., 1996. Leg stiffness and stride frequency in human running.

Journal of biomechanics, 29, 181-186.

Farley, C.T., Glasheen, J., Mcmahon, T.A., 1993. Running springs: speed and animal size.

Journal of exp. Biology, 185, 71-86.

Gareth, I., Mullineaux, D.R., 2004. Hip and shoulder coordination during the handspring front

somersault on the vaulting horse and table. ISBS, 129-132,Ottawa, Canada.

Glasheen, J.W., McMahon, T.A., 1995. Arms are different from legs: mechanics and

energetic of human hand-running. The American physiology society, 1280-1287.

Hobara, H., Muraoka, T., Omuro, K., Gomi, K., Sakamotto, M., Inoue, K., Kanosue, K., 2009.

Knee stiffness is a major determinant of leg stiffness during maximal hopping. Journal of

biomechanics, 42, 1768-1771.

Mcmahon, T.A., Cheng, G.C., 1990. The mechanics of running: How does stiffness couple

with speed? Journal of biomechanics, 23 (1), 65-78.

King M.A., Yeadon, M.R., Kerwin,D.G., 1999. A two segment model of long horse vaulting.

Journal of sport sciences. 17, 313-324.

64

King M.A., Yeadon, M.R., 2005. Fartocs influencing performance in the Hecht vault and

implications for modeling. Journal of biomechanics, 38, 141-151.

Koh, M., Jennings, L., Elliott, B., Lloyd, D., 2003. A predicted optimal performance of the

Yurchenko layout vault in women’s artistic gymanstics. Journal of applied biomechanics, 19,

187-204.

Koh, M., Jennings, L., 2007. Strategies in preflight for an optimal Yurchenko lay-out vault.


Li, E., Sun, Y., Ja, G., biomechanical study of push-off technique for handspring and front

salto vault.

Nelson, NG., Metzing, M., Joint mobility and force application the thrust phase of the frond

handspring on floor exercise.

Seeley, M.K., Bressel, E., 2005. A comparison of upper extremity reaction forces between the

yurchenko vault and floor exercise. Journal of sport science and medicine, 4, 85-94.

Seyfarth,A., Friedrichs, A., Wank, V., Blickhan, R., 1999. Dynamics of the long jump.


Sprigings, E.J., Yeadon, M.R., 1997. An insight into the reversal of rotation in the Hecht vault.

Human Movement Science, 16, 517-532.

Takei,Y., Blucker,E., Dunn, H.,Meyers, S.,Fortney, V.,1996. A three-dimensional analysis of

the mens compulsory vault performed at the 1992 Olympic games. Journal of applied

biomechanics, 12 (2), 237-257.

Takei, y., 1998. Three dimensional analysis of handspring with full turn vault: deterministic

model, coaches’ beliefs, and judges’ scores. Journal of applied biomechanics, 14, 190-210.

Takei, Y., Dunn, J.H., Blucker, E.P., Nohara, H., Yamashita, M., 2000. Techniques used in

high- and low scoring hecht vaults performed at the 1995 World Gymnastics Championships.

Journal of applied biomechanics, 16, 180-195.

Takei, Y., Dunn, J.H., Blucker, E.P., 2007. Somersaulting techniques used in high scoring en

low scoring Roche vaults performed by male Olympic gymnasts. Journal of sport sciences, 25

(6), 673-685.

Takei, Y., 1989. Techniques used by elite male gymnasts performing a handspring vault at the

1987 Pan Americans Games. International Journal of sports biomechanics, 5, 1-25.

Takei, Y., Kim, E.J., 1990. Techniques used in performing the handspring and salto forward

tucked vault at the 1988 Olympic Games. International Journal of sports biomechanics, 6,

111-138.

Takei, Y., 1992. Blocking and postflight techniques of male gymnasts performing the

compulsory vault at the 1988 Olympics. Journal of sport biomechanics, 8, 87-110.

65

Takei, Y., 1988. Techniques used in performing the handspring and salto forward tucked

gymnastic vaulting. International journal of sport biomechanics, 4, 260-281.

66

Bijlagen bijlage 1: verticale grondreactiekrachten bij de pretesten van de eerste proefpersoon

67

bijlage 2: lijst antropometrische gegevens

Lichaamslengte

Gewicht

Trochanter hoogte

Enkel breedte

Metatarsaal breedte

Knie breedte

Elleboog breedte

Heup breedte

Schouder breedte

Scheenbeen breedte distaal

Scheenbeen breedte midden

Scheenbeen breedte proximaal

Bovenbeen breedte distaal

Bovenbeen breedte midden

Bovenbeen breedte proximaal

Onderarm breedte distaal

Onderarm breedte midden

Onderarm breedte proximaal

Bovenarm breedte distaal

Bovenarm breedte midden

Bovenarm breedte proximaal

68

Bijlage 3: markerlijst

C7 (cervicaal 7)

R_FINGER (ringvinger) L_FINGER (ringvinger)

R_ULNA-DIST L_ULNA-DIST

R_FARM (forarm) L_FARM (forarm)

R_ELL_M L_ELL_M

R_ELL_L L_ELL_L

R_UARM_FRONT (upperarm) L_UARM_FRONT (upperarm)

R_UARM_DORS L_UARM_DORS

R_SHOULDER (rotatiepunt) L_SHOULDER (rotatiepunt)

R_CORACO L_CORACO

R_CLAV_M L_CLAV_M

R_CLAV_L L_CLAV_L

R_TROCH L_TROCH

R_SIAS L_SIAS

R_SIPS L_SIPS

R_THIGH_M L_THIGH_M

R_THIGH_L L_THIGH_L

R_KNEE_M L_KNEE_M

R_KNEE_L L_KNEE_L

R_SHANK_M L_SHANK_M

R_SHANK_L L_SHANK_L

R_MALL_M L_MALL_M

R_MALL_L L_MALL_L

R_HEEL L_HEEL

R_MET_1 L_MET_1

R_MET_5 L_MET_5

69

Bijlage 4 a, b en c: gebruikte Excel sjablonen voor respectievelijk gewrichtshoeken, krachten en stijfheid.

71

Bijlage 5: vergelijken COM - COH/COf - COP

Ook werd een vergelijking gemaakt tussen de baan die het COM maakt en de baan die het

COH (center of hip) maakt. Dit komt omdat er voor de tweede gymnast enkele gegevens

ontbreken van het COM in het begin van de beweging waardoor we geen waarden kunnen

geven bij TD met de plint. We zien op figuur 36 dat de twee banen een gelijkaardig verloop

kennen en dit zowel bij de eerste als bij de laatste proefpersoon wat wil zeggen dat, indien het

COM afwezig is, het COH als approximatie van het COM kan gebruikt worden.

De hoek θ werd op verschillende manieren gedefinieerd via combinaties van COM (center of

motion), COH (center of hip), COP (center of pressure) en COf (center of finger). Figuur 26

toont de 3 hoeken in de tijd. Alle drie de hoeken hebben op het zelfde moment ongeveer

dezelfde waarden, wat wil zeggen dat het hier geen probleem is om COM te vervangen door

COH. Figuur 27 en 28 tonen respectievelijk het verloop van de hoek COH-COf en COM-

COP in de tijd van de twee proefpersonen.

Fig.36: vergelijking baan COM (center of mass) en COH (center of hip) voor proefpersoon 1 (links) en 2 (recths) van TD

tot TO.

72

Fig.26: verloop hoek COM-COP, COM-COf en COH-COf met de horizontale

Fig27: verloop van de hoek COH-COF in de tijd voor proefpersoon 1 en 3.

73

Bijlage 6: gebruikt Excelsjabloon voor angulaire impuls-moment relatie

74

Bijlage 7: Antropometrisch model

Het lichaam werd voorgesteld door een 8-segmentenmodel met behulp van Visual 3D. De

segmenten werden gemodelleerd in grootte door middel van anatomische markers en de

bewegingen ervan werden geregistreerd door middel van tracking markers (zie bijlage 3). De

Visual 3D software berekent de massa’s van de segmenten op basis van de lichaamsmassa aan

de hand van standaard regressie vergelijkingen van Dempster. Locaties van de

deelzwaartepunten van de verschillende segmenten worden berekend door de verschillende

segmenten voor te stellen als geometrische vormen (meestal cone). (zie tabel en fig.)

.

Segment Geometrische vorm Anatomische markers Tracking markers

proximaal distaal

Romp (visual 3D) cilinder Processus corocaïdeus

li en re

Left hip, right hip

(op basis van

pelvissegment)

C7, claviculae lateraal

en mediaal (li en re),

right hip, left hip.

Pelvis (CODA) cilinder Spina iliaca anterior en

superior (li en re)

(sias en sips)

Trochanter maior

van de femur

(li en re)

sias, sips en trochanter

maior

Been

(visual 3D) (li en re)

cone Trochanter maior van

de femur

Malleoli lateralis en

medialis

Markers op dij, heup,

knie lateraal en knie

mediaal

Bovenarm


cone Gleno-humeraal

rotatiepunt (shoulder)

Epicondyl lateralis

en mediales van

humerus (elleboog

lateraal en mediaal)

Shoulder, elleboog

lateraal en mediaal,

marker frontaal en

dorsaan op bovenarm

Onderarm


cone Epicondyl lateralis en

mediales van humerus

(elleboog lateraal en

mediaal)

Procressus

styloïdeus van ulna

(ulna_dist)

Elleboog lateraal en

mediaal, ulna_dist en

marker frontaal op de

onderarm

Fig.: 8-segmentenmodel van een gymnast met

weergave van COM (groene bol t.h.v.

pelvissegment), referentieassenstelsel per

segment (met oorsprong t.h.v. deelzwaartepunt

van het segment) en de anatomische en tracking

markers

Biomechanische analyse van gymnastische sprongen op de ......handstand overslag uit te voeren. 1.1.2...

Documents

Transcript of Biomechanische analyse van gymnastische sprongen op de ......handstand overslag uit te voeren. 1.1.2...