Physik des Sports

Autor: Prof. Leopold Mathelitsch
Autor: Prof. Sigrid Thaller

Klappentext:

Von Kräftedreieck und Impulserhaltungssatz zu
sportlichen Höchstleistungen und Rekorden

„Sport ist angewandte Physik – wer hätte das vermutet? Bei näherem Hinsehen ist dieser Gedanke jedoch gar nicht so abwegig. Gerade deshalb ist unsere Faszination zweifach, wenn wir Profisportlern bei der „Arbeit“ zusehen: Mit ihren trainierten Körpern führen sie scheinbar perfekte Bewegungsabläufe aus. Gestützt von einer Industrie, die stets verbesserte Materialen und Ausrüstung liefert, und der modernen Medizin und Sportwissenschaft, die unser physiologisches Verständnis enorm vertiefen, scheinen der Rekordsucht keine Grenzen gesetzt. In der Tat findet keine Olympiade ohne neue Rekorde statt. Doch wie lange noch ist das möglich? Ausgehend von soliden physikalischen Betrachtungen werden die Grenzen des menschlichen Könnens ausgelotet (und wird diskutiert was für künftige Bestleistungen und Rekorde wir erwarten können).

Mit Physik zum Erfolg:
Eine grundlegende Analyse vieler mechanischer Phänomene im Sport

Die Autoren nähern sich der Physik des Sports von einem interdisziplinären Standpunkt: Beginnend mit dem Einmaleins der Mechanik – Kräfte, Energie und Leistung – berechnen sie optimale Werte für Sprung und Wurf, um diese Gesetze dann auf den menschlichen Körper und praktische, sportartgebundene Gegebenheiten anzuwenden. Dabei betrachten sie eine Vielzahl von sportlichen Disziplinen – von Ballsport, über Geräteturnen bis hin zu Aktivitäten im Wasser, im Schnee und auf Eis – und belegen damit eindrucksvoll die Universalität der Naturgesetze auch auf diesem Gebiet. Die Erwähnung moderner Methoden, die heutzutage mehr und mehr Anwendung finden, rundet das Buch ab: Mathelitsch und Thaller gehen auf die (zeitlich hochaufgelöste) Videoanalyse von Spielzügen und mathematische Modelle zur Simulation von Bewegungen ein. Sie thematisieren in wie weit statistische Aussagen über Spielausgänge beim Zusammenspiel von Menschen möglich sind. Nach dieser Lektüre werden Sie das Sportprogramm mit anderen Augen sehen.“

Kurzbeschreibung:

„Kenntnisse aus Physik und Sport sind bei genauerer Betrachtung untrennbar. Für das Verständnis von sportlichen Bewegungen braucht man Wissen aus der Physik. Ebenso ist auch die Bewegungserfahrung wichtig für das Begreifen von mechanischen Zusammenhängen in der Physik.“

Presseinformation des Verlags:

Fußball, Schwimmen & Co mal physikalisch:
»Physik des Sports« / neu bei Wiley-VCH

Premiere: »Physik des Sports« ist das erste Buch, das die physikalischen Prinzipien des Fußballs, Schwimmens oder Skispringens anschaulich für Sportler und Physiker erklärt / neu bei Wiley-VCH

„Was läuft beim Elfmeterschießen ab? Wie sehen die optimalen Winkel beim Sprung und Wurf aus? Und was sollten Sportler über physikalische Gesetzmäßigkeiten wissen, um sich erfolgreich in ihrer jeweiligen Sportart weiterzuentwickeln oder im Wettkampf zu behaupten? All das beantworten die Autoren nun in »Physik des Sports«. Der Titel ist das erste deutschsprachige Buch, das zum einen physikalische Prinzipien und Zusammenhänge anschaulich erläutert und zum anderen Sportlern z. B. den optimalen Wurf- oder Sprungwinkel nahebringt. Die Sportwissenschaftlerin und Physikerin Sigrid Thaller und der Physiker Leopold Mathelitsch, beide von der Universität Graz, erläutern auf knapp 170 Seiten und mit etwa 100 Abbildungen die physikalischen Gesetze, denen Bewegungsabläufe, z. B. beim Skispringen, Fußball oder Schwimmen, folgen. Beide Autoren haben einen hervorragenden Ruf als Sportphysiker und schaffen es, die Materie verständlich, unterhaltsam und mit zahlreichen, anschaulichen Beispiel zu erklären.“

Inhaltsverzeichnis:

Über die Autoren
Vorwort
Physik in unserer Zeit
1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Sportliche und physikalische Leistung
2.2 Bälle
2.3 Optimale Winkel bei Sprung und Wurf
2.4 Treffsicherheit
2.5 Rekorde
3 Ballspiele
3.1 Fußball
3.2 Tennis
3.3 Golf
3.4 Volleyball
3.5 Baseball
4 Geräteturnen
4.1 Belastungen
4.2 Rotationen
5 Wassersport
5.1 Schwimmen
5.2 Tauchen
6 Wintersport
6.1 Skifahren
6.2 Skispringen
6.3 Eishockey
7 Weitere Sportarten
7.1 Kampfsport
7.2 Reiten
Anhang A Mehrfachreflexionen in Matrizenschreibweise
Anhang B Bruchfestigkeit
Stichwortverzeichnis

Eine Leseprobe:

1 Einleitung

„Die Physik und ihre Gesetze spielen im Sport und auch in der Sportwissenschaft eine große Rolle. Dabei kann man generell zwei Bereiche unterscheiden: die Anwendung der Physik auf das Verhalten von leblosen Körpern und die Einbeziehung des Menschen in seiner Komplexität. Im ersten Fall geht es um die physikalischen Eigenschaften von Sportgeräten, Materialeigenschaften wie die Elastizität von Bällen, die Taillierung von Carving-Skiern, das Gewicht von Wurfgeräten oder die Schwingungseigenschaften eines Baseballschlägers. Andererseits sind Fragen zur Wechselwirkung von Gerät und Umgebung, zum Beispiel die Reibung zwischen Ski und Schnee, der Einfluss des Luftwiderstands auf die Flugkurve eines Balles oder die Größe der Zentrifugalkraft beim Hammerwurf, zentrale Themen. Physikalische Prinzipien wie Energieerhaltung, Impulserhaltung oder die Newton’schen Gesetze können systematisch angewandt werden und liefern wichtige Aussagen.

Bezüglich des zweiten Bereichs hört man manchmal (von Nichtphysikern) Aussagen, dass sich die Physik nicht ohne Einschränkung auf den Menschen anwenden ließe, oder noch stärker, dass für lebende Objekte andere Gesetze gelten würden. Wie kommt es zu solchen Meinungen? Nehmen wir als Beispiel den optimalen Wurfwinkel, um einen Gegenstand möglichst weit zu werfen (siehe Abschn. 2.3). Die Physik sagt, dass der Winkel bei 45° liegt, eventuell etwas weniger wegen des Luftwiderstandes oder wenn die Abwurfhöhe nicht gleich der Höhe des Aufpralls ist. Messungen ergeben aber, dass Spitzenathleten bei einem Wurf geringere Winkel verwenden. Der Absprungwinkel beim Weitsprung liegt sogar sehr weit von den errechneten 45° entfernt. Gelten hier die physikalischen Gesetze nicht mehr? Doch, natürlich gelten sie uneingeschränkt, aber es müssen gleichzeitig auch die biologischen Bedingungen beachtet werden. Der optimale Abwurfwinkel von 45° wird unter der Voraussetzung berechnet, dass die Abwurfgeschwindigkeit für alle Winkel gleich wäre. Der Körperbau eines Menschen lässt aber bei manchen Winkeln eine höhere Geschwindigkeit und daher ein besseres Gesamtergebnis zu.

In den Sportwissenschaften ist die Biomechanik die Disziplin, die sich mit der Anwendung der Gesetze der Mechanik auf den lebenden Organismus beschäftigt. Die Anfänge der Biomechanik reichen weit zurück. Schon Aristoteles (384–322 v. Chr.) hat sich mit Fragen zur Bewegung beschäftigt und zum Beispiel die Abhängigkeit einer Wurfbewegung vom Gewicht des geworfenen Gegenstandes thematisiert. Leonardo da Vinci (1452–1519) untersuchte mechanische Eigenschaften von Maschinen und Lebewesen und die Körperproportionen. Einen großen Fortschritt in der Untersuchung von Bewegungsabläufen brachten die technischen Möglichkeiten der Photographie im 19. Jahrhundert. Eadweard Muybridge (1830–1904) konnte durch schnell hintereinander aufgenommene Fotos Bewegungen erstmals sichtbar machen und so etwa den Flügelschlag von Vögeln und die Gangarten von Pferden untersuchen (siehe Abschn. 7.2, Reiten).

Im Laufe des 20. Jahrhunderts verfeinerten sich die Messmethoden. Kraftmessplatten und spezielle Dynamometer lieferten immer genauere Daten während der Bewegungen, die Elastizität von Sehnen wurde auch in vivo vermessen. Mit Videoaufnahmen konnten dreidimensionale kinematische Daten erhoben werden, Messungen mittels Elektromyogramm (EMG) lieferten Auskünfte über die Ansteuerung der Muskulatur. Mit mathematischen Modellen konnten Bewegungen nicht nur simuliert werden (direkte Dynamik), sondern auch manche Eigenschaften des Menschen, die nicht direkt messbar sind, errechnet werden. …“

Pressestimmen:

  • www.media-spider.com, 10/2015: „…“

Eigene Meinung / Beurteilung des Buches:

Das sehr interessante und aufschlussreiche Sachbuch »Physik des Sports« zeigt, dass in vielen Sportarten nicht nur die Bewegungen exakt ausgeführt werden müssen, sondern auch welche physikalischen Voraussetzungen eine wesentliche Rolle spielen, um optimale Ergebnisse zu erreichen. Das Buch ist in die sieben Kapitel – Einleitung, Grundlagen, Ballspiele, Geräteturnen. Wassersport, Wintersport und weitere Sportarten – gegliedert. In dem Kapitel »Grundlagen« beispielsweise schildern die Autoren unter anderem wie der Winkel, die Geschwindigkeit und der Luftwiderstand die Flugbahn von Bällen beeinflusst (Seite 28). Im Kapitel »Ballspiele« erfährt der Leser die Bedeutung der optischen Perspektive und Wahrnehmung für Schiedsrichterentscheidungen im Fußball (Seite 54). Die beiden Autoren Leopold Mathelitsch und Sigrid Thaller erläutern beispielshalb den Zusammenhang von Abwurfwinkel und Abwurfgeschwindigkeit bei Sportarten, in denen es gilt ein Ziel zu treffen, anstatt eine möglichst große Weite zu erzielen. Das Buch enthält verschieden Untersuchungen und beachtenswerte Ergebnisse von Physikern und Sportwissenschaftlern. Anhand von Formeln, Berechnungen, Tabellen und Abbildungen werden diese zusätzlich Ergebnisse ergänzt.

Fazit:

Dieses Buch vermittelt physikalische Grundsätze sowie wertvolle und nützliche Erkenntnisse für alle Sportler.

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„Das Hebelgesetz der Physik lehrt uns:
Wenn Du weißt, wo Du ansetzen musst,
kannst Du mit geringer Kraft viel bewegen.“

Dr. Achim Reichert (*1941), Physiker, ehem. Hamburger Politiker.

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Buchcover:

Physik des Sports - von Leopold Mathelitsch und Sigrid Thaller ist erschienen in der Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Physik des Sports – von Leopold Mathelitsch und Sigrid Thaller ist erschienen in der Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

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Verlag: Wiley-VCH Verlag; 1. Auflage (14. Oktober 2015).
Seitenanzahl: 198 Seiten.
Bindung: Gebundene Ausgabe.
ISBN-10: 3-527-41304-9.
ISBN-13: 9-783527-41304-1.
Preis: EUR 24,90.

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