Springen - Jumping

Ein Reh, der springende Fortbewegung ausstellt, Wattenmeer-Nationalparks

Springen oder Springen ist eine Form der Fortbewegung oder Bewegung, bei der sich ein Organismus oder ein nicht lebendes (zB robotisches ) mechanisches System entlang einer ballistischen Flugbahn durch die Luft fortbewegt. Das Springen unterscheidet sich vom Laufen, Galoppieren und anderen Gangarten, bei denen der gesamte Körper vorübergehend in der Luft ist, durch die relativ lange Dauer der Luftphase und den hohen Startwinkel.

Einige Tiere, wie das Känguru , verwenden das Springen ( in diesem Fall allgemein als Hüpfen bezeichnet ) als ihre Hauptform der Fortbewegung , während andere, wie zum Beispiel Frösche, es nur als Mittel verwenden, um Raubtieren zu entkommen. Springen ist auch ein wichtiges Merkmal verschiedener Aktivitäten und Sportarten, darunter Weitsprung , Hochsprung und Springreiten .

Physik

Springender Tümmler

Jedes Springen beinhaltet die Kraftanwendung gegen ein Substrat, die wiederum eine Reaktionskraft erzeugt, die den Jumper vom Substrat wegtreibt. Als Substrat kann jeder Feststoff oder jede Flüssigkeit dienen, die eine Gegenkraft erzeugen kann, einschließlich Boden oder Wasser. Beispiele für letztere sind Delfine, die reisende Sprünge ausführen , und indische Skitter-Frösche , die stehende Sprünge aus dem Wasser ausführen.

Springende Organismen sind selten erheblichen aerodynamischen Kräften ausgesetzt und ihre Sprünge unterliegen daher den grundlegenden physikalischen Gesetzen der ballistischen Flugbahn . Folglich kann ein Vogel zwar in die Luft springen, um den Flug einzuleiten , aber keine Bewegung, die er in der Luft ausführt, gilt als Springen, da die anfänglichen Sprungbedingungen seine Flugbahn nicht mehr bestimmen.

Nach dem Moment des Starts (dh dem anfänglichen Kontaktverlust mit dem Substrat) wird ein Jumper einen parabolischen Pfad überqueren. Der Abschusswinkel und die anfängliche Abschussgeschwindigkeit bestimmen die Reisestrecke, Dauer und Höhe des Sprungs. Die maximal mögliche horizontale Reisedistanz tritt bei einem Startwinkel von 45 Grad auf, aber jeder Startwinkel zwischen 35 und 55 Grad führt zu neunzig Prozent der maximal möglichen Distanz.

Ein Split-Sprung, ausgeführt von einem Akro-Tänzer . Dies ist eine von mehreren Arten von Sprüngen, die im Tanz zu finden sind.
Ein Hund, der aus einer stationären Position springt

Muskeln (oder andere Aktoren in nicht-lebenden Systemen) leisten körperliche Arbeit und fügen dem Körper des Springers im Verlauf der Vortriebsphase eines Sprungs kinetische Energie hinzu . Dies führt zu einer kinetischen Energie beim Start, die proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit des Springers ist. Je mehr Muskelarbeit geleistet wird, desto höher ist die Abschussgeschwindigkeit und damit die Beschleunigung und desto kürzer ist das Zeitintervall der Vortriebsphase des Sprungs.

Mechanische Kraft (Arbeit pro Zeiteinheit) und die Distanz, über die diese Kraft aufgebracht wird (zB Beinlänge) sind die entscheidenden Determinanten von Sprungweite und -höhe. Infolgedessen haben viele springende Tiere lange Beine und Muskeln, die entsprechend dem Kraft-Geschwindigkeits-Verhältnis der Muskeln auf maximale Leistung optimiert sind . Die maximale Leistungsabgabe der Muskeln ist jedoch begrenzt. Um diese Einschränkung zu umgehen, dehnen viele Springarten elastische Elemente wie Sehnen oder Apodeme langsam vor , um Arbeit als Dehnungsenergie zu speichern. Solche elastischen Elemente können Energie mit einer viel höheren Geschwindigkeit (höhere Leistung) freisetzen als die entsprechende Muskelmasse, wodurch die Startenergie auf ein Niveau erhöht wird, das über das Maß hinausgeht, zu dem der Muskel allein fähig ist.

Ein Springer kann beim Einleiten eines Sprungs entweder stehen oder sich bewegen. Bei einem Sprung aus dem Stand (dh einem Sprung aus dem Stand ) wird die gesamte Arbeit, die erforderlich ist, um den Körper durch den Abschuss zu beschleunigen, in einer einzigen Bewegung verrichtet. Bei einem Bewegungssprung oder Laufsprung führt der Springer beim Abschuss eine zusätzliche vertikale Geschwindigkeit ein, während er so viel horizontales Moment wie möglich erhält. Im Gegensatz zu stationären Sprüngen, bei denen die kinetische Energie des Springers beim Abschuss allein auf die Sprungbewegung zurückzuführen ist, haben bewegte Sprünge eine höhere Energie, die sich aus der Einbeziehung der horizontalen Geschwindigkeit vor dem Sprung ergibt. Folglich können Springer beim Start aus einem Lauf größere Distanzen springen.

Anatomie

Ein Ochsenfrosch- Skelett, das längliche Gliedmaßenknochen und zusätzliche Gelenke zeigt. Rote Markierungen zeigen Knochen an, die bei Fröschen im Wesentlichen verlängert sind, und Gelenke, die beweglich geworden sind. Blau kennzeichnet Gelenke und Knochen, die nicht verändert wurden oder nur etwas verlängert sind.

Tiere verwenden eine Vielzahl von anatomischen Anpassungen zum Springen. Diese Anpassungen betreffen ausschließlich den Start, da jede Methode nach dem Start zur Reichweitenverlängerung oder zur Kontrolle des Sprungs aerodynamische Kräfte verwenden muss und daher als Gleiten oder Fallschirmspringen gilt .

Aquatische Arten zeigen selten besondere Spezialisierungen für das Springen. Diejenigen, die gute Springer sind, sind normalerweise in erster Linie auf Geschwindigkeit ausgelegt und führen bewegte Sprünge aus, indem sie einfach mit hoher Geschwindigkeit an die Oberfläche schwimmen. Einige hauptsächlich im Wasser lebende Arten, die an Land springen können, wie z. B. Schlammspringer , tun dies mit einer Schwanzbewegung.

Morphologie der Extremitäten

Bei Landtieren sind die Beine die primäre Antriebsstruktur, obwohl einige Arten ihre Schwänze verwenden. Typische Merkmale springender Arten sind lange Beine, große Beinmuskeln und zusätzliche Gliedmaßenelemente.

Lange Beine erhöhen die Zeit und die Distanz, über die ein springendes Tier gegen den Untergrund drücken kann, und ermöglichen so mehr Kraft und schnellere, weitere Sprünge. Große Beinmuskeln können eine größere Kraft erzeugen, was zu einer verbesserten Sprungleistung führt. Neben verlängerten Beinelementen haben viele springende Tiere modifizierte Fuß- und Knöchelknochen, die verlängert sind und zusätzliche Gelenke besitzen, wodurch die Gliedmaße effektiv mehr Segmente und noch mehr Länge erhalten.

Frösche sind ein hervorragendes Beispiel für alle drei Trends: Froschschenkel können fast die doppelte Körperlänge haben, die Beinmuskulatur kann bis zu zwanzig Prozent des Körpergewichts ausmachen und sie haben nicht nur Fuß, Schienbein und Oberschenkel verlängert, sondern auch den Knöchel verlängert Knochen in ein anderes Gliedmaßengelenk und verlängerte in ähnlicher Weise die Hüftknochen und erlangte Mobilität am Kreuzbein für ein zweites "Zusatzgelenk". Infolgedessen sind Frösche die unangefochtenen Springreiter unter den Wirbeltieren, die über fünfzig Körperlängen und eine Distanz von mehr als zwei Metern springen.

Leistungsverstärkung durch gespeicherte Energie

Heuschrecken verwenden elastische Energiespeicher, um die Sprungweite zu erhöhen. Obwohl die Leistungsabgabe eine Hauptdeterminante der Sprungweite ist (wie oben erwähnt), begrenzen physiologische Einschränkungen die Muskelleistung auf ungefähr 375 Watt pro Kilogramm Muskel. Um diese Einschränkung zu überwinden, Heuschrecken Anker ihrer Beine über eine interne „Verrastung“ , während ihre Muskeln dehnen eine elastischen apodeme (ähnlich einen Vertebraten tendon ). Wenn der Haken losgelassen wird, gibt das Apodem schnell seine Energie ab. Da der Apodem Energie schneller freisetzt als der Muskel, übersteigt seine Leistungsabgabe die des Muskels, der die Energie produziert hat.

Zwei Motorräder überspringen ein Auto auf einem Jahrmarkt, England

Dies ist analog zu einem Menschen, der einen Pfeil mit der Hand wirft, im Gegensatz zu einem Bogen; Die Verwendung der elastischen Lagerung (des Bogens) ermöglicht es den Muskeln, auf der Kraft-Geschwindigkeits-Kurve näher an der Isometrie zu arbeiten . Dadurch können die Muskeln über einen längeren Zeitraum arbeiten und somit mehr Energie produzieren, als sie es sonst könnten, während das elastische Element entlastet, das schneller arbeitet, als die Muskeln es können. Der Einsatz elastischer Energiespeicher wurde sowohl bei springenden Säugetieren als auch bei Fröschen gefunden, mit entsprechenden Leistungssteigerungen im Bereich des Zwei- bis Siebenfachen der äquivalenten Muskelmasse.

Einstufung

Eine Möglichkeit, das Springen zu klassifizieren, ist die Art des Fußtransfers. In diesem Klassifikationssystem werden fünf grundlegende Sprungformen unterschieden:

  • Jump – Abspringen und Landen auf zwei Füßen
  • Hop – von einem Fuß springen und auf demselben Fuß landen
  • Sprung – von einem Fuß springen und auf dem anderen Fuß landen
  • Assemblé – von einem Fuß springen und auf zwei Füßen landen
  • Sissonne – von zwei Füßen springen und auf einem Fuß landen

Leaping GGA, die verschieden sind von laufenden GGA (siehe Locomotion ), umfassen galoppieren , im Galopp , und pronging .

Höhensteigernde Geräte und Techniken

Person, die auf einem Trampolin springt

Die Sprunghöhe kann mit Hilfe eines Trampolins oder durch Umwandeln der horizontalen Geschwindigkeit in eine vertikale Geschwindigkeit mit Hilfe einer Vorrichtung wie einer Halfpipe erhöht werden .

Verschiedene Übungen können verwendet werden, um die vertikale Sprunghöhe eines Athleten zu erhöhen. Eine Kategorie solcher Übungen – Plyometrie – verwendet die Wiederholung einzelner sprungbezogener Bewegungen, um Geschwindigkeit, Beweglichkeit und Kraft zu erhöhen.

Es hat sich in der Forschung gezeigt, dass Kinder, die körperlich aktiver sind, ein besseres Springmuster (zusammen mit anderen grundlegenden motorischen Fähigkeiten) aufweisen.

Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Sprungentwicklung bei Kindern einen direkten Zusammenhang mit dem Alter hat. Mit zunehmendem Alter der Kinder nimmt auch ihre Sprungfähigkeit in allen Formen zu. Die Sprungentwicklung ist bei Kindern leichter zu erkennen als bei Erwachsenen, da es in jüngeren Jahren weniger körperliche Unterschiede gibt. Erwachsene im gleichen Alter können sich in Bezug auf Körperlichkeit und Athletik stark unterscheiden, was es schwierig macht zu erkennen, wie sich das Alter auf die Sprungfähigkeit auswirkt.

Siehe auch

Verweise

Externe Links