スポーツとフィットネス

生体力学的原理

前書き

一般に、生体力学的原理という用語は、運動パフォーマンスを最適化するための機械的原理の使用を意味すると理解されています。

生体力学的原理は技術の開発に使用されておらず、技術の向上にのみ使用されていることに注意してください。

HOCHMUTHは、スポーツの負荷に機械的な法則を利用するための6つの生体力学的原理を開発しました。

Hochmuthによる生体力学的原理

Hochmuthは5つの生体力学的原理を開発しました：

初期力の原理では、最高速度で実行される体の動きは、正確に反対方向に動く動きによって開始されなければならない、と述べています。導入運動と目標運動の正しい関係は、個人に合わせて最適に設計する必要があります。
最適な加速経路の原理は、目標が高い最終速度である場合、加速経路は最適に長くなければならないという仮定に基づいています。まっすぐな動きの場合、並進と、回転の均一に湾曲した動きの場合について話します。
個々のインパルスの時間的調整の原則に従うために、個々の動きは互いに最適にかみ合い、完全にタイミングがとられている必要があります。動きの目的によっては、個々の動きを段階的に開始するよりも、時間の経過とともに個々の動きを最適化する方が重要な場合があります。
これは逆も同様です。反作用の原理は、ニュートンの第3の公理（Actioはリアクションに等しい）そしてすべての動きに対して反動があると述べています。たとえば、人間の均衡は動きと反動の相互作用です。
運動量移動の原理は、角運動量の保存の法則の助けを借りて、体の重心を別の運動に移動することが可能であるという事実に基づいています。

初期力の原理

定義

初期力の生体力学的原理は、特に投げたりジャンプしたりする動きにおいて重要な役割を果たします。この動きでは、体やスポーツ用品の最終速度が最大になります。
この原理は、主な動きの方向とは反対の導入的な動きがパフォーマンス上の利点をもたらすと述べています。最大の初期力の原理として古い文献で使用されていた用語は、最近のスポーツ科学ではもはや使用されていません。これは、この結果の初期力が最大ではなく最適なインパルスであるためです。

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この初期の力はどのように発生しますか？

主な動きの前に実際の方向と反対の動きがある場合は、この動きを遅くする必要があります。このブレーキにより、フォースサージ（ブレーキフォースサージ）が発生します。これは、主な動きがこの「後方への動き」の直後に続く場合、身体またはスポーツ用品を加速するために使用できます。

初期力の原理の説明

この図は、フォースプレートの例を使用して、最大初期力の原理を示しています。

アスリートが腕をまっすぐにして薬のボールを投げる。最初、アスリートは測定プラットフォーム上で穏やかな姿勢をとっています。体重計は体重を示します [G] at（メディボールの重量は無視されます。 [A] 対象は膝。測定板は低い値を示しています。エリア [バツ] ブレーキのインパルスに対応する負のインパルスを示します [y] 対応します。この制動力サージの直後に加速力サージが発生します。パワー [F] メディボールに作用します。大きな測定値は、測定プラットフォームで確認できます。最適な電力供給のためには、加速力に対するブレーキ力の比率は約1対3である必要があります。

最適な加速経路の原理

加速度

加速度は、単位時間あたりの速度の変化として定義されます。それはポジティブとネガティブの両方の形で発生する可能性があります。
しかしスポーツでは、正の加速のみが重要です。加速度は、力[F]と質量[m]の比に依存します。結果として、より大きな力がより小さな質量に作用すると、加速度が増加します。

詳細：バイオメカニクス

説明

生体力学的原理の1つである最適な加速経路の原理は、身体、部分的な身体、またはスポーツ用品に最大最終速度を与えることを目的としています。ただし、バイオメカニクスは人体に関連する物理法則であるため、筋肉の生理学的状態とレバー比による加速経路は最大ではなく、最適です。
例：ハンマーを投げるときの加速経路は、追加の回転運動によって何倍にも伸ばすことができますが、これは不経済です。ストレートジャンプ中に深くしゃがむと、加速経路が長くなりますが、てこ比が大きくなり、実用的ではありません。

現代のスポーツ科学では、この法則は、最適な加速経路に向かう傾向の原理（HOCHMUTH）と呼ばれています。最大の最終速度に到達することではなく、加速時間曲線を最適化することに重点が置かれています。ショットが置かれると、加速の持続時間は関係ありません。それは最高速度に到達することだけですが、ボクシングでは、敵の回避行動を防ぐために、できるだけ早く腕を加速することがより重要です。このようにして、発砲中に加速の開始を低く保つことができ、高い加速は移動の終わりに向かってのみ発生します。

部分パルスの調整の原理

インパルスの定義

インパルスは、方向と速度の運動状態です[p = m * v]。

説明

この原理では、体全体の協調（ハイジャンプ）と部分的な身体の協調（ジャベリンスロー）を区別することが重要です。
調整スキル（特にカップリングスキル）と密接に関連して、すべての部分的な体の動き/部分的なインパルスは、時間、空間、およびダイナミクスに関して調整する必要があります。これは、テニスのサーブの例ではっきりと見ることができます。テニスボールは、すべての部分インパルスがすぐに互いに追従する場合にのみ、最高速度（230 km / h）に到達できます。インパクトに対するハイインパクトムーブメントの結果は、脚のストレッチから始まり、上半身の回転と腕の実際のインパクトの動きが続きます。個々の部分的インパルスは、経済バージョンで合算されます。
また、個々の部分パルスの方向は同じ方向であることに注意されたい。ここでも、解剖学的原理と機械的原理の間に妥協点を見つける必要があります。

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対抗の原則

説明

生体力学的原理の1つとしての反作用の原理は、ニュートンの反作用の第3法則に基づいています。
それは、発生した力は常に反対方向に同じ大きさの反対の力を生み出すと述べています。地球に伝達される力は、地球の質量のために無視できます。
人間は水平に立った状態で地面に力を伝達することができないため、歩くとき、右足と左腕が同時に前方に移動します。走り幅跳びでも同様のことが見られる。上半身を前に出すことで、アスリートは下肢を同時に持ち上げ、ジャンプ距離を伸ばすことができます。他の例は、ハンドボールのパンチやテニスのフォアハンドです。回転反動の原理はこの原理に基づいています。例として、斜面の前に立っていると想像してください。上半身がサポートされている場合、上半身にインパルスを生成するために腕が前方に旋回し始めます。腕の質量は上半身の質量よりも小さいため、高速円の形で行う必要があります。

運動量保存の原則

この原理を説明するために、まっすぐにしゃがんだ姿勢の宙返りを分析します。体操選手が宙返りをする軸を身幅軸といいます。体を伸ばすと、この回転軸から離れた多くの体の質量があります。これにより、旋回運動（角速度）が遅くなり、宙返りを行うことが困難になります。身をかがめることで身体の一部を回転軸に近づけると、角速度が上がり、宙返りの実行が簡単になります。同じ原理がフィギュアスケートのピルエットにも当てはまります。この場合、回転軸は体の縦軸です。腕と脚がこの回転軸に近づくと、回転速度が増加します。

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個々の分野における生体力学的原理

ハイジャンプにおける生体力学的原理

ハイジャンプ中、個々の動作シーケンスを生体力学的原理と調和させることができます。
最適な加速経路の原理は、アプローチで再び見つけることができます。アプローチは、最適なジャンプポイントに到達するために前方にカーブする必要があります。個々のパルスの時間的調整の原理も重要な役割を果たします。コーキングのステップは非常に重要であり、ジャンプ後の軌道を決定します。ここでは、インパルス伝達と初期力の原理が重要な役割を果たします。彼らは、アスリートが地面にジャンプするときに最適なパワーをもたらし、ランナップから勢いを取ることを保証します。

クロスバーを横切ると、反作用と回転反動の原理による回転が発生します。ジャンプするときは、体が横向きになり、背中に引っかかる。

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体操における生体力学的原理

体操や体操の練習では、いくつかの生体力学的原理も作用します。ターン動作とスイングは特に重要です。これらは、最適な加速経路の原理に従います。体操ではさまざまなジャンプも頻繁に行われる動きです。ここでは、最大初期力の原理と、最適な加速経路の原理を見つけます。最後に、個々のサブ動作を組み合わせて流体シーケンスにする必要があります。これは、サブインパルスの調整の原理に対応しています。

バドミントンの生体力学的原理

原則は、バドミントンが提供されるときにも適用できます。後退運動は、最適な加速経路の原理と初期力の原理に従います。運動量もボールに伝達できるように、運動量の保存の原理は重要です。個々のパルスの時間的調整の原理もここで役立ちます。打撃が完了すると、反動と回転反動の原理を使用して動きが遮断されます。

テニスの生体力学的原理

テニスのサーブはバドミントンのそれに非常に似ています。生体力学的原理の多くは相互に関連しているため、動きの最適な実行を保証します。テニスでは、ゲームの速度が原因で間違いが多くのエネルギーを消費する可能性があるため、最適な動作シーケンスを確保することが特に重要です。したがって、これらの原則はトレーニングにおいて非常に重要であり、競争での勝敗を区別することができます。

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全力疾走における生体力学的原理

スプリントは主に、初期力の原理、最適な加速経路、個々のインパルスの時間的調整、およびインパルスの保存の原理についてです。反動と回転反動の原理は、ここではほとんど使用されません。
スタートは強力で集中的でなければなりません。脚の動きのシーケンスは、最適な周波数とステップ長で、ゴールまで可能な限り遠くから守らなければなりません。
この例は、生体力学の原理が運動にとっていかに重要であるかをうまく示しています。

水泳における生体力学的原理

水泳では、生体力学的原理は、異なる水泳スタイルにわずかに異なる方法で適用できます。
平泳ぎの例は、最も人気のある水泳タイプであるため、ここに示します。個々のインパルスの時間的調整の原理は、同時呼吸を伴う腕と脚の周期的な動きに対応します（水の上と下に向かう).
インパルス伝達の原理は、優れたスイマーが個々のストロークからスイングを学習できるという事実に反映されています（クロスボウストライクとレッグストライク）、次の列車に推進力を使用します。

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走り幅跳における生体力学的原理

ロングジャンプはハイジャンプに似ています。アプローチのタイプは異なります。ハイジャンプのようにカーブして配置されるのではなく、ジャンプピット上に直線的に配置されます。ここでは、最適な加速経路の原理が重要な役割を果たします。さらに、衝撃伝達の原理と初期力の原理が使用されており、これがないと起動は不可能です。

ランナップの最後に、ジャンパーはコーキングのステップを取り、反作用とインパルス伝達の原理を使用して、ジャンプピットに向かって軌道に自分自身を押し込みます。飛行中、ジャンパーは足と腕を前方に投げ、インパルス伝達の原理を使用してさらに飛びます。

ショットの生体力学的原則

さまざまな生体力学的原理がショットショットで役割を果たします。押すときに大きな距離を達成するためには、高いスロースピードを達成するために、できるだけ多くの力をボールに伝達することが重要です。これを最大初期力の原理と呼びます。プッシュオフ速度の高速化は、バックアウトし、加速経路を長くすることによっても達成されます。これが最適な加速経路の原理です。最後に、ショットの動きの部分的なフェーズの最適な調整は重要です。たとえば、不明瞭な遷移はストローク距離に悪影響を及ぼします。これは、部分的なインパルスの調整の原理として知られています。

バレーボールの生体力学的原理

バレーボールは、打つ、ジャンプする、走るなど、さまざまな要素を持つダイナミックなスポーツです。原則として、すべての生体力学的原理はバレーボールにあります。初期力の原理と最適な加速経路は、例えば、サーブするときに見つけることができます。部分的なインパルスの調整の原則は、たとえば、クリーンジャンプとスマックボールでのクリーンヒットを定義します。ボールのインパクトにより、反作用の原理により手からの反発が生じます。インパルス伝送の原理は、追い越しゲームで効果を発揮します。

ハードルの生体力学的原理

生体力学的原理もハードルにおいて非常に重要です。最大初期力の原理は、たとえば、ハードルの前でのプッシュオフを表し、ジャンプの高さを最大にします。ハードルの開始を最適化するために、最適な加速経路の原理が作用し、ブロックを引っ張るときの体重移動と力の影響が大きな役割を果たします。成功を保証するには、ハードルの部分的な動きを最適に調整する必要があります。これは、部分パルスの最適な調整の原則に従います。ランナーがジャンプした後、再び脚に着地するとすぐに反作用の原理が作用し、上半身を伸ばしてバランスを維持します。