WP1401 Slackline

WP1410 - Slackline
Veranstaltung PS Biomechanik
Autor Daniela Köhn, Ana Molinari, David Zinngrebe, Lukas Schwikart
Bearbeitungsdauer ca. 45 min
Vsl. Fertigstellung 30.07.2014
Seite in Bearbeitung

Einleitung

Slackline ist ein Trendsport, der in den letzten Jahren in Europa von der Kletterszene ausgehend unglaublichen Aufschwung erlebt hat. Dieses Wiki soll nun aus biomechanischer Perspektive die Sportart genauer betrachten und darüber aufklären, wann wo welche Kräfte herrschen und welche Parameter erfüllt/beachtet werden müssen, um diese Sportart auszuüben.

Video 1: Einführung Slackline


Kräfte

Beim Spannen und Begehen einer Slackline herrschen und entstehen Kräfte. Um die Zusammenhänge zu verstehen und dementsprechend die Auswahl der Ausrüstung zu treffen ist es zwingend erforderlich sich genauer mit den Wirkungszusammenhängen auseinanderzusetzen. Wird die Slackline zwischen zwei Fixpunkten gespannt, wirkt auf das ganze System die Vorspannkraft. Steigt nun eine Person auf, wirkt eine weitere Kraft auf die Line – die Gewichtskraft (Gewicht des Slackliners). Die gespannte Line dehnt sich dadurch weiter und bildet einen Winkel und die Kräfte des kompletten Systems erhöhen sich. Auf die Fixpunkte wirken nun sogenannte Reaktionskräfte.

Tabelle 1: Skizze Reaktionskräfte Slackline (nach Kroiß, 2007, S.32)
Abb.1 Kräfte Slackline legende_slackline.jpg

Formel zur Berechnung der Reaktionskräfte:

 Abb. Formel Reaktionskräfte (Vgl. Koiß, 2007, S.33

(vgl. Kroiß, 2007, S. 33)

Hilfsskizze zur Berechung und Herleitung der Formel

Folgendes Rechenbeispiel soll verdeutlichen, wie groß die Reaktionskräfte schon bei einem relativ normalen Aufbau einer Line sind. Gehen wir davon aus, dass ein Spotler mit 85 Kg Gewicht auf einer 10m langen Slackline steht und er in der Mitte um 60 cm einsinkt.

Auf jeden Fixpunkt wirkt eine Masse von etwa 370 Kg, also mehr als das vierfache des eigenen Körpergewichts.

Um die Reaktionskräfte möglichst gering zu halten, gilt es schon beim Aufbau der Slackline auf möglichst spitze Winkel an den Fixpunkten zu achten (vgl. Kleindl & Friedrich, 2009, S. 25).

Abb.3 Winkel an den Fixpunkten

Unter dem Gewicht des Slackliners dehnt sich die Line. Als ob der Slacker nicht genug damit beschäftigt wäre, sein eigenes Körpergewicht zu halten, hat er auch noch mit den dynamischen Schwingungen des Bandes zu kämpfen. Um diese unter Kontrolle zu bringen, ist ein ständiges aktives Ausgleichen der Bewegung der Line nötig. Wie dies möglich ist und was es dabei zu beachten gilt, wird in den folgenden Punkten näher beschrieben.

verfasst von David Zinngrebe

Körperschwerpunkt

Der Körperschwerpunkt wird definiert als Massenmittelpunkt eines Körpers, an dem die äußeren Kräfte, die Schwerkräfte, angreifen. Es gibt keinen festen Punkt, er ändert sich je nach Körperlage und Masseverteilung.

Verhalten zur Slackline

Um auf der Slackline eine optimale Haltung einnehmen zu können, müsste der KSP stark abgesenkt werden, da er sich so weniger neben die Line verschiebt. Je tiefer der KSP über der Slackline, desto geringer sind die Korrekturen, die vorzunehmen wären. Der Nachteil allerdings am Absenken des KSP ist zum einen, dass so das Laufen an sich unmöglich ist. Zum anderen fallen die Ausgleichsbewegungen weg, die durch die untere Körperhälfte erfolgen können. Deshalb wird durch einen sich oberhalb der Slackline befindenden KSP eine Haltung eingenommen, bei der die Körperlage ein labiles Gleichgewicht einnimmt, die Bewegungen aber durch den Ausgleichsschwerpunkt (ASP) korrigiert werden können.

. Abb.4 die Gewichts- und die Reaktionskraft sind die auftretenden Kräfte beim Slacklinen. Foto: A. Molinari . Abb.5 ein tiefer KSP verringert die Korrekturen, aber erschwert das Laufen. Foto: A. Molinari

verfasst von Ana Molinari

Gleichgewicht

Anders als in vielen anderen Sportarten, geht es beim Slacklinen in erster Linie um die Stärkung des eigenen Wohlbefindens, indem man Rhythmus- und Gleichgewichtsfähigkeiten gezielt trainieren kann. Letzteres durch das ständige Erarbeiten eines Gleichgewichtszustandes, nach Verlagerungen des KSP, und der daraus folgenden Anpassung und Haltung des neuen Zustands. In dem Einführungsvideo kann man sehr gut sehen, wie eine Person versucht, durch mehrfaches Durchführen von Ausgleichsbewegungen, ihr Gleichgewicht auf der Line zu finden.

Um jedoch ein Gleichgewicht herstellen zu können, benötigt der Körper 2 Bedingungen.

  1. Die Resultierende aller wirkenden Kräfte muss gleich 0 sein. ∑Fx = 0, ∑Fy = 0
  2. Die Summe aller Drehmomente muss gleich 0 sein. ∑M = 0

Der KSP ist der Angriffspunkt der Resultierenden.

Es wird zwischen drei verschiedenen Gleichgewichtszuständen unterschieden:

Tabelle 2: Gleichgewichtszustände (nach Kuchling, H. (2004). Taschenbuch der Physik. S.59)
Labil KSP senkt sich: Die Kugel würde bei der kleinsten Krafteinwirkung herunterrollen. (Z.B. Slackline) Das heißt, auf der Slackline muss der KSP einer Person immer genau über der Unterstützungsfläche (Slackline) sein, damit Diese das Gleichgewicht halten kann.
Stabil KSP hebt sich: Wäre die Kugel in einer Schale, würde sie immer wieder zurückrollen. (Z.B. Pendel)
Indifferent KSP bleibt in gleicher Höhe: Der Schwerpunkt und der Drehpunkt fallen zusammen, dementsprechend würde die Kugel an dem Punkt liegen bleiben an den man sie verschiebt. (Z.B. Rad)

Ausgleichsbewegungen

Ist das Gleichgewicht nicht mehr ideal, macht der Mensch automatisch eine Bewegung zum Ausgleich der auftretenden Schwankung. Dabei ist es bei der Slackline wichtig, dass der KSP senkrecht über der Slackline bleibt. Das heißt, die Ausgleichsbewegung muss hauptsächlich im Oberkörper erfolgen, da sich der KSP darunter bzw. im unteren Teil des Oberkörpers befindet. Beim Slacklinen kommt es dann zum sogenannten „Surfen“, bis das Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Wie in Abbildung 5 sehr gut zu erkennen ist, versucht der Slackliner, durch Ausgleichsbewegungen mit seinen Armen und dem Oberkörper, sein Gleichgewicht zu finden und den KSP mittig über der Line zu halten.

Abb.6 Ein Beispiel einer Ausgleichsbewegung. Foto: A. Molinari

Standfestigkeit

Ein Körper ist so lange standfest, wie sein Schwerpunkt senkrecht über der Unterstützungsfläche liegt. In diesem Fall befindet er sich im stabilen Gleichgewicht. Liegt der Schwerpunkt jedoch über der Kippkante, ist das Gleichgewicht labil und der Körper kippt bei dem kleinsten Krafteinfluss. Ein Maß für die Standfestigkeit ist das Kippmoment. Dieses darf höchstens so groß sein wie das Standmoment.

\begin{align*}
\ F = \frac { Gl}{h}   
\end{align*}

F = die Kippkraft [N]

G = Gewichtskraft des Körpers [N]

l = der senkrechte Abstand: Kippkante – Schwerpunktslot [m]

h = die Höhe der Kraft über der Grundfläche [m]

Bei einem bestimmten Körper gilt für die Standfestigkeit:

  • je größer die Gewichtskraft des Körpers,
  • je größer die Grundfläche,
  • je niedriger die Kippkraft angreift,

desto größer ist die Standfestigkeit.

verfasst von Daniela Köhn

Drehachsen

Beim Slacklining gibt es zwei Drehachsen. Die erste Drehachse ist die Körpertiefenachse des Slackliners. Zum besseren Verständnis ist sie in der Abbildung als Auflagefläche zwischen Fuß und Line dargestellt. Da hier das labile Gleichgewicht auf den Körper wirkt, verschiebt sich der KSP des Slackliners neben die Line. Wenn der Mensch also ein starrer Körper wäre, würde er nun hinunterkippen, da durch die Erdanziehungskraft ein Drehmoment MKSP (Moment Körperschwerpunkt) entsteht. Da der Mensch aber kein starrer Körper ist, kann er durch ein korrigierendes Drehmoment MASP (Moment Ausgleichschwerpunkt) dem Hinunterkippen entgegenwirken und den KSP zurück über die Line verlagern (vgl. Volery&Rodenkirch, S.50).

Die zweite Drehachse verläuft durch die beiden Aufhängepunkte der Slackline. Sie entsteht durch das Durchhängen der Line, es entsteht annäherungsweise ein Kreis. Wir gehen also davon aus, dass die Line einen Kreis bildet. Da sich die Line unter dem KSP hin und her bewegen kann, ist es von Nöten, die Eigenbewegung auszugleichen. Beim sogenannten „Surfen“ kommt die Slackline in große Auslenkungen und fängt an zu schwingen. Hierbei wirkt auf den Slackliner die Zentrifugalkraft, welche den Körper des Slackliners immer wieder zurück über die Line drückt. Solltet ihr noch Fragen bezüglich des Drehmoments oder der Rotation haben, hilft euch dieses Wiki weiter.

Abb.7 Drehachsen mit der Slackline. Foto: D. Köhn

verfasst von Ana Molinari

Spannung

Die in einer Slackline auftretenden Kräfte steigen oftmals schneller als vermutet und werden deshalb häufig unterschätzt. Die physikalischen Hintergründe sind nur wenigen Slacklinern bekannt, so dass es regelmäßig zu Fehleinschätzungen und daraus resultierendem gefährlichem Materialversagen kommt. Reißt eine stark gespannte Slackline, werden hohe Energien frei. Dabei wird die Energie der gedehnten Slackline in kinetische Energie umgewandelt und im schlimmsten Fall fliegen Karabiner wie Projektilteile durch die Luft. Betrachtet man die untenstehende Tabelle 1, lässt sich sehr gut erkennen, dass je kleiner Winkel α wird (der Durchhang D also sehr niedrig ist), desto größer werden die Kräfte auf die Fixpunkte und umso wichtiger ist es, sich vor dem Begehen mit der Spannung und der Bruchlast der Line auseinanderzusetzen.

Tabelle 3: Belastung auf der Line (nach Miller & Friesinger, 2008, S. 44)
Abb.8 Slackline Physik. Foto: D. Köhn


Tabelle 4: Legende zu Abb.8
F Fixpunkte
Winkel α Winkel zwischen Normalspannung und belasteter Line
Winkel β Winkel unterhalb der Line
D Durchhang

verfasst von David Zinngrebe

Eigenschaften der Slackline

Eine Slackline kann aus unterschiedlichen Gewebearten bestehen. Je nach den Anforderungen, die man an sie stellt sind folgende Aspekte zu beachten.

Bruchstärke

Die Bruchstärke eines Gewebes gibt die Kraft an, bei der das Gewebe reißt. Um die Sicherheit beim Slacklinen zu gewährleisten, sollte die Bruchstärke 3 bis 5 Mal so groß sein wie die maximale Belastung, die man auf die Line bringt. Bei Slacklines wird oft auch ein „Workloadlimit“ angegeben; dieses gibt die maximale Belastung an, mit der man arbeiten sollte. (Jerry, Miszewski (2011))

Bsp:

  • F=Kraft in Newton [N]
  • g=Erdbeschleunigung ~ 9,8 m/s²
  • L=Länge der Slackline= 30m
  • G=Gewicht der Person= 80kg
  • D=Durchhang der Line= 0.5m


Formel: $ F = \frac {L * G * g} {D * 4} $


Einsetzen der Werte: $ \frac {30 * 80 * 9,8} {0,5 * 4} = 11760 = 11,76 kN $


Einheiten in der Formel: $ \frac {m * kg * \frac {m} {s^2} } {m} = \frac {m * kg * m}{m * s^2} = \frac {kg * m}{s^2} = N $

In diesem Beispiel sollte man zur Sicherheit eine Line mit ein Bruchstärke von mindestens $ 11,76kN*3= 35,28kN $ benutzen.

Typische Lines bewegen sich zwischen 25kN - 75kN Bruchstärke.

Dehnung

Die Dehnung einer Line wird in Prozent angegeben. Dabei ist die Dehnung abhängig vom Gewicht, welches auf die Line wirkt. Dieses Verhalten wird in der folgenden Grafik visualisiert. Auf der x-Achse ist die Kraft in Kilonewton [kN] und auf der y-Achse die Dehnung in Prozent [%] angegeben.

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Abb.9 Diagramm zu Dehnungsverhalten ausgewählter Lines

Man kann gut erkennen, wie unterschiedlich die Verläufe sein können. Bei der Spider Silk MKII (pinke Linie) ist der Anstieg der Dehnung fast linear und sehr flach. Selbst bei hohen Kräften von 20kN dehnt sie sich nicht mehr als 2%, dadurch eignet sie sich sehr gut zum Lonlinig. Type 18 (grüne Linie) hat dagegen einen sehr steilen Anstieg, der gegen Ende etwas abflacht. Wenn die Kraft also nur leicht ansteigt gibt es direkt große Unterschiede in der Dehnung. Durch diese Eigenschaft wird die Line sehr Dynamisch und ist damit eher für Tricklinig geignet.

Zusammen mit der Bruchstärke ist die Dehnung entscheidend für die Sicherheit. Je höher die Dehnung einer Line ist, desto geringer kann die Bruchstärke sein. Wenn ein Highliner von einer Line mit geringer Dehnung fällt, ist die Geschwindigkeit mit der an der Sicherung gezogen wird sehr hoch; dadurch auch die resultierenden Kräfte. Bei einer Line mit hoher Dehnung dehnt sich die Line während des Falls mit und der Fall ist somit relativ langsamer, was wiederum in geringeren Kräften resultiert. (vgl. Jerry, Miszewski (2011))

Die Dehnung hat außerdem einen Einfluss darauf wie schwierig eine Line zu laufen ist. Es gilt: Je größer die Dehnung, desto schwieriger ist es darauf zu laufen. Wenn man dennoch eine gute Spannung zum Laufen aufbauen will, muss man viel mehr Kraft aufwenden, als auf weniger dehnungsfähigen Lines.

Typische Lines haben eine Dehnung zwischen 1% – 15% Dehnung bei 10kN Belastung.

Gewicht

Das Gewicht der Line ist ein weiterer Faktor, wie schwierig das laufen auf der Line ist. Den Grund hat Newton bereits in seinem zweiten Axiom formuliert:

\begin{align*} \  \ F= M * a \end{align*}

  • F= Kraft
  • M= Masse
  • a= Beschleunigung

Massenträgheit ist hier das Stichwort. Die Kraft der Line steigt also mit dem Gewicht an. Für unsere Slackline bedeutet das, wenn sie sich einmal bewegt, dann ist es schwieriger eine schwere Line wieder auszugleichen als eine leichte. Schwere Lines eignen sich dadurch gut für das Training.

„Die Masse kennzeichnet die Eigenschaft eines Körpers, sich der Bewegungsänderung zu widersetzen. Sie ist ein Maß für die Trägheit des Körpers und verkörpert somit den Proportionalitätsfaktor“ (Seyfarth, 2011, S. 5).

Bei Slacklines wird das Gewicht in Gramm pro Meter angegeben. Typische Lines sind zwischen 30g/m – 100g/m schwer.

verfasst von Lukas Schwikart

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Slackline eine Sportart ist, bei der ein Zusammenspiel von Koordinationsfähigkeit und Konzentration im Vordergrund steht. Hierbei wird der Slackliner vor allem von den Faktoren des Körperschwerpunktes und des Gleichgewichts beeinflusst, die durch Ausgleichsbewegungen stabilisiert werden können. Nicht unterschätzt werden dürfen die teilweise unerwartet hohen Kräfte die auf die Line wirken und die schnell ein Sicherheitsrisiko darstellen können.

Ausblick

Dieses Wiki lässt sich in den Folgenden Punkten gut erweitern:

  • Biomechaniche Betrachtung der Verschiedenen Stile: Highlining, Longlining, Tricklining und Rodeolinig.
  • Biomechaniche Betrachtung verschiedener Tricks auf der Trickline.
  • Auswirkungen des Slacklinetrainings auf andere Sportarten.
  • Dieses Modell wäre eine weitere Idee das Wiki-Projekt Slackline weiter auszubauen.
  • Material Analyse verschiedener Slacklines (Nylon, Polyester, High Tech Fiber und Hybrid).
  • Berechnung der Kräfte bei unterschiedlichen Positionen auf der Line und Stürzen in das Sicherungsseil (Essay von Conley,2006).

Wer darüber hinaus sich für die Anwendungsmöglichkeiten der Slackline im Schulsport interessiert, dem sei folgende Masterthesis von Andreas Koiß (2007) empfohlen.

Fragen

Wie würde sich ein starrer Körper auf der Slackline verhalten?
Wo wirken Reaktionskräfte?
Nenne das Maß für die Standfestigkeit und welche Bedingungen für diese vorausgesetzt werden

Quellen

Literatur

[1] Kleindl, R., Friedrich, B. (2009). Risiken beim Slacklinen. Bergundsteigen, (Heft 2). S.25ff

[2] Kuchling, H. (2004). Taschenbuch der Physik. Leipzig: Carl Hanser Verlag.

[3] Miller, F. , Friesinger, F. (2008). Slackline - Tipps, Tricks, Technik. Köngen: Panico Alpinverlag

[4] Seyfarth, A. (2011). Grundlagen der Biomechanik. Teil B: Dynamik. Präsentationsfolien im Rahmen des PS Biomechanik WS 2011/12. Darmstadt: Institut für Sportwissenschaften.

Internet

[5] Volery, S., Rodenkirch, T. (). Die Slackline als Trainingsgerät für den Schneesport. Zugriff am 01.06.2014 unter: http://www.slacktivity.ch/slackline-downloads/Slackline-als-Training.pdf

[6] Vallery, H., Neumann, J. (2012). Balancing on Slacklines: Modeling an Empirical Evaluation. Zugriff am 01.06.2014 unter: http://www.cmu.edu/dynamic-walking/files/abstracts/Vallery_2013_DW.pdf

[7] Jerry, Miszewski (2011). All About Slackline Webbing. Zugriff am 28.06.2014 unter: http://www.balancecommunity.com/knowledge/slackline-webbing/

[8] Jerry, Miszewski (o.D). tension-calculator. Zugriff am 28.06.2014 unter: http://www.balancecommunity.com/knowledge-center/tools/calculators/tension-calculator

[9] Kroiß, Andreas (2007). Der Trensport Slackline und seine Anwendungsmöglichkeiten im Schulsport. Masterthesis an der Fakultät für Sportwissenschaften der TU München. Zugriff am 28.07.2014 unter:http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CCAQFjAA&url=http%3A%2F%2Falpinstil.de%2Fdownload%2Fandi%2520kroiss_trendsport%2520slackline.pdf&ei=2FnVU_KcJLPY7Abmx4HgDw&usg=AFQjCNFPZnnP1JwmbH7g2Z6Gewpk5EXDWQ&sig2=lZaap4bEtshp9s7pcqRYgg

Videos

Video 1: Slackline Enführung. Selbsterstelltes Video. Videorechte: Daniela Köhn, Ana Molinari, David Zinngrebe

Abbildungen

Abb.1: Kroiß, A. (2007). Der Trensport Slackline und seine Anwendungsmöglichkeiten im Schulsport. Masterthesis an der Fakultät für Sportwissenschaften der TU München. S.27

Abb.2: Kroiß, A. (2007). Der Trensport Slackline und seine Anwendungsmöglichkeiten im Schulsport. Masterthesis an der Fakultät für Sportwissenschaften der TU München. S.27

Abb.3: Kleindl, R., Friedrich, B. (2009). Risiken beim Slacklinen. Bergundsteigen, (Heft 2). S.25

Abb.9: Jerry, Miszewski (2011). http://www.balancecommunity.com/wp/knowledge/wp-content/uploads/sites/2/2013/12/webbing-stretch-2.jpg


Bewertung des Wiki-Moduls

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biomechanik/projekte/ss2014/slackline.txt · Zuletzt geändert: 19.01.2016 18:59 von Maximilian Krähling
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