biomechanische analyse van gymnastische sprongen op de ......handstand overslag uit te voeren. 1.1.2...
TRANSCRIPT
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
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 aankom- en 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 inkom- en 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 ver- en 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.
Wanneer voor ditzelfde tijdsinterval de horizontale impuls berekend wordt op basis van de
horizontale reactiekracht bekomen we een horizontale impuls van -40.16 kgm/s (ongeveer
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.
Wanneer voor ditzelfde tijdsinterval de horizontale impuls berekend wordt op basis van de
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.
Wanneer voor ditzelfde tijdsinterval de horizontale impuls berekend wordt op basis van de
horizontale reactiekracht bekomen we een horizontale impuls van -30.6 kgm/s (ongeveer
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.
Journal of biomechanics, 40, 1256-1261.
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.
Journal of biomechanics, 32, 1259-1267.
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.
70
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
(visual 3D) (li en re)
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
(visual 3D) (li en re)
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