Sprunghöhenmessung

Projektthema	Sprunghöhenmessung über Flugzeit und Markerhöhen beim Squat Jump
Veranstaltung	Seminar Messwertaufnahme
Leitung	Prof. Dr. phil. Andre Seyfarth
Betreuung	Martin Grimmer
Autoren	Markus, Roland, Leon

Einleitung:

Es gibt mittlerweile viele Messeinrichtungen um verschiedene sportliche Leistungen messen und auswerten zu können. Jedoch muss die Frage gestellt werden, ob für unterschiedliche Messungen nicht auch unterschiedliche Messeinrichtungen verwendet werden sollten, da jede Messeinrichtung ihre Vorteile jedoch auch Nachteile aufweisen kann.

Um diese möglichen Unterschiede zu belegen wurden in der Studie im Rahmen des Seminar Messwertaufnahme der TU Darmstadt zwei verschiedene Messverfahren zur Sprunghöhenermittlung durchgeführt. Bei der ersten Messung handelt es sich dabei um die Messung der Sprunghöhe durch ein Markersystem, das mit Infrarotkameras am Körper des Probanden vorher befestigte Marker erfasst. Diesem System wurde die Sprunghöhenermittlung über eine Kraftmessplatte und dem damit verbundenen zeitlichen Kraftverlauf gegenübergestellt.

Vergleichbare Studien zur Untersuchung der Validität bei Sprunghöhen zwischen Kraftmessplatten und Markersystemen existieren nicht. Jedoch gilt die Validität der Sprunghöhenermittlung über die Kraftmessplatte als allgemein anerkannt.

Die aufgestelle Hypothese lautet: Durch das Anwinkeln der Beine im Sprung kann die Flugzeit verlängert und damit die Sprunghöhenmessung verfälscht werden.

Daraus lässt sich vermuten, dass bei mehreren Sprüngen trotz gleicher effektiver Sprunghöhe durch das Anwinkeln der Beine eine spätere Landung und damit eine Differenz der Sprunghöhe zwischen Markersystem und Kraftmessplatte existiert.

Methoden:

Stichprobe:

An der Studie waren insgesamt 4 Probanden beteiligt. Jeder Proband absolvierte insgesamt neun Sprünge. Drei Sprünge mit gestreckten Beinen, drei Sprünge mit absichtlich angewinkelten Beinen und drei Sprünge mit unveränderter Beinstreckung.

Versuchsaufbau:

Die Probanden führten die Sprünge auf der Kraftmessplatte durch, sodass gleichzeit die Aufnahme durch das Markersystem erfolgen konnte. Insgesamt standen 8 Infrarotkameras sowie eine Kraftmessplatte zur Verfügung.

Rot: Markersystem

Blau: Kraftmessplatte

Abmessungen Kraftmessplatte

An den Probanden wurden die Marker für die Infrarotkameras von Qualisys befestigt. Da unterschiedliche Studien durchgeführt wurden sind nicht alle sichtbaren Marker relevant. Um die Sprunghöhe und eventuelle Verfälschungen feststellen zu können sind zwingend Fuß- Bein sowie Hüftmarker erforderlich.

Durchführung:

Sowohl Proband als auch das Meßsystem mussten vorbereitet werden. Für die Erfassung und Auswertung der Markerdaten durch die Infrarotkameras wurden die Marker mit doppelseitigem Klebeband an dem Proband befestigt. Das Qualisys Meßsystem musste ebenfalls vor der Durchführung der Sprünge kalibriert werden. Dabei ist darauf zu achten, gegebenenfalls reflektierende Quellen abzudecken bzw. zu entfernen.

Die Probanden warteten vor der Kraftmessplatte auf das Startsignal, betraten die Kraftmessplatte und führten einen Squat Jump durch. Wichtiges Merkmal eines Squat Jumps ist, dass keine Ausholbewegung stattfindet. Der Sprung wird aus einer Bereitschaftsposition ohne Schwung durchgeführt. Danach wurde auf der Kraftmessplatte gewartet bevor diese verlassen wurde. Dies wiederholte sich pro Proband drei mal, danach folgte der Squat Jump mit anziehen der Beine sowie ebenfalls drei Sprünge mit Strecken der Beine. Der Ausgangskniewinkel war bei allen Sprüngen bei 90°.

Squat Jump:

Datenauswertung:

Mit Hilfe des Programmes Matlab wurden die Kraftmessplatten- und Qualisysdaten eingelesen und analysiert. Durch verschiedene Frequenzen mit denen die Messplatte sowie das Qualisyssystem aufnahmen, mussten zuerst die Daten interpoliert werden. Um die Sprunghöhe zu ermitteln wurden die Z-Achsen der Trochantermarker und der Kraftmessplatte herausgefiltert.

Die Sprunghöhe über Marker konnte relativ einfach durch die Differenz der Markerhöhe bei ruhigem Stand und der maximalen Markerhöhe errechnet werden. Es wurde der Mittelwert der beiden Trochanterdaten ermittelt und als Sprunghöhe definiert.

Bei der Berechnung über die Flugzeit wurde die Zeit gemessen, in der kein vertikaler Druck auf die Platte ausgeübt wurde. Die daraus errechnete Flugzeit wurde dann mit Hilfe folgender Formel in Sprunghöhe umgerechnet:

Ergebnis:

Um die Hypothese zu bestätigen bzw. zu widerlegen muss man die Messungen beider Messverfahren eines Sprunges vergleichen, um eventuelle Differenzen herauszufiltern. Hierzu ermittelten wir die Mittelwerte der jeweiligen Sprünge einer Kategorie und verglichen Marker- und Messplattenergebnisse:

Diskussion:

Untersucht man die Ergebnisse der verschiedenen Messverfahren, so fällt sofort auf, dass das Markersystem die aussagekräftigeren Ergebnisse zu liefern scheint. Vergleicht man hier die gemessenen Sprunghöhen durch die Markermethode (dunkelrote Balken) so zeigen sich bei allen Probanden nur geringe Unterschiede bei den Werten. Geht man davon aus, dass jeder Proband bei jedem Sprung sein Maximum an Sprunghöhe erreicht hat, sollten alle 9 Sprünge in etwa das gleiche Ergebnis zeigen.

Die Ergebnisse durch die Flugzeitmessung sind hingegen bei drei von vier Probanden unkonstant. Sind die Messungen bei den „normalen“ Squad Jumps und den Sprüngen mit gestreckten Beinen noch relativ ähnlich, fallen besonders die Ergebnisse bei Sprüngen mit gebeugten Beinen aus dem Rahmen. Bestätigt wird diese Annahme durch einen Blick auf die Differenzen der Ergebnisse zwischen den Messtechniken (s. Abb. 5). Bei allen Probanden ist die Differenz der Ergebnisse bei den Sprüngen mit gebeugten Beinen am höchsten. Ist der Unterschied bei Proband 3 noch relativ gering (3,7 cm), so fallen speziell bei Proband 4 deutliche Unterschiede von fast 16 cm auf. Dazwischen zeigen Proband 2 mit 7,8 cm und Proband 1 mit 11,9 cm auch größere Unterschiede auf.

Auch wenn bei lediglich vier Probanden und nur einer Messung die Ergebnisse nicht repräsentativ sein können, so zeigt sich doch bereits eine grobe Richtung, in die sich diese Studie bewegt. Bei der Erfassung der Sprunghöhe durch die Sprungzeit kann das Ergebnis deutlich durch verschiedene Knie- und Hüftwinkel verfälscht werden.

Zusammenfassung:

Unsere Vermutung vor der Untersuchung war, dass durch Anwinkeln der Beine eine Verfälschung der Ergebnisse bei der Sprunghöhenmessung über die Flugzeit zu erzielen sei. Auch wenn durch die wenigen Probanden und deren fehlende Erfahrung bei Squad Jumps das Ergebnis sicherlich leicht verfälschte, konnten wir unsere Vermutung bestätigen.