FMP1502 Körpergewichts & Gangmuster

Modul-Icon FMP1502
Veranstaltung PS Forschungsmethoden II
Autoren Tobias Meisenzahl, Paul Schellhorn, Carsten Vogel
Bearbeitungsdauer 45 Minuten
Präsentationstermin 01.07.2015
Zuletzt geändert 30.06.2015


Einleitung

In der heutigen Zeit kommt es immer häufiger vor, dass selbst Kinder an Übergewicht und der damit einhergehenden Glieder- und Gelenkschmerzen leiden. Um auch das Schuhwerk den Umständen entsprechend mit (weiter-)entwickeln zu können, oder orthopädische Einlagen zur Schmerzlinderung anfertigen zu können, spielen bestimmte Kräfte eine wichtige Rolle. Um dem alltäglichen Gebrauch entsprechend wiederspiegeln zu können, werden die Abstoßkräfte beim Gehen betrachtet und Unterschiede im Hinblick auf das eigene Körpergewicht analysiert. Somit richtet sich das Ziel der Untersuchung auf den Einfluss vom eigenen Körpergewicht auf die Abstoßkraft beim Gehen. Die erhobenen Daten werden verglichen, um ein mögliches Muster erkennbar zu machen. Zwecks weiterführender Studien, können auch Werte beim Laufen und Joggen hinzugenommen werden, um weitere Veränderungen der Abstoßkräfte auf Grund des Körpergewichts zu analysieren.

Für entsprechende Forschungen stellt sich die Frage: „Wie wirkt sich das Körpergewicht auf die Abstoßkraft beim Gehen aus?“ Da eine Person sich jedoch nicht stetig im selben Tempo fortbewegt, wird eine weitere Prognose in die Untersuchung mit einbezogen und eine weiterführende Fragestellung gilt es zu beantworten: „Wie verändert sich die Abstoßkraft in Bezug zur Laufgeschwindigkeit?

Einführendes Beispiel

Um die Sachlage zu verdeutlichen, betrachtet man sich verschiedene Personen, welche nach Geschlecht und Körpergröße klassifiziert werden. Beispielsweise nimmt man sich eine Schulklasse und teilt sie nach Geschlechtern und etwa gleichen Körpergrößen, um vergleichbare Messwerte zu erhalten. Nun vergleicht man von den eingeteilten Gruppen jeweils die Abstoßkräfte und kann diese vergleichen. Im Anschluss werden die einzelnen SchülerInnen gewogen und die zuvor erhobenen Daten in Relation zu dem erfassten Gewicht gesetzt. Nun lässt sich der Bezug zur Untersuchung ziehen, da diese gewonnen Daten die Grundlage sind, um die Forschungsfrage(n) auswerten zu können.

verfasst von T. Meisenzahl



Befundlage bzw. Erkenntnisstand

Die Befundlage wurde anhand der Studien von Schales et al. (1967, S. 683 - 697) erfasst. Zur Kontrolle wurde die Studie von David A. Winter (1980, S. 923 - 927) als Vergleich hinzugezogen, welche sich jedoch mit der Studie von Schales es al. weitestgehend deckt, jedoch nicht so ausführlich ist. Aufgrund dessen wurde die breit gefächerte Studie von Schales er al. zur theoretischen Grundlage genutzt. Für weitere Werte wurde eine Selbststudie durchgeführt, um vergleichbare Daten zu erfassen. Bewusst wurden unterschiedliche Probanden ausgewählt, um auch eine Vergleichbarkeit der verschiedenen Geschlechter feststellen zu können. Zunächst werden die beiden Studien kurz vorgestellt und die Randbedingungen dargelegt.

Ergonimics

In der Studie „Ergonomics - Über die Abstosskräfte des Fussballens bei Gang und Lauf“ von Schales et al. (1967, S. 683 - 697) wurden ähnliche Messungen, wie im Beispiel genannt, durchgeführt und deren Daten liegen der Studie zu Grunde: Zu Messungen der Abstoßkräfte des Fußballens beim Gang wurden acht männliche Probanden zwischen 18 und 25 Jahren ausgesucht, welche sich über Messplatten bewegen mussten. Die Werte über den Kraftdruck wurden telemetrisch mittels einem Schleifenoszillographen erfasst und dargestellt. Die gewonnen Daten bezogen sich auf den zeitliche Verlauf der Kraft für die Dauer des Bodenkontaktes des Fußballens. (Schales et al., 1967, S. 683 - 697)

Folgendes Resultat wurde ermittelt:

  • Die vom Fußballen auf den Boden ausgeübte Kraft ist proportional zum Körpergewicht.
  • Die Kraft wächst mit zunehmender Schnelligkeit der sportlichen Übung.
  • Die Dauer des Abstoßvorgangs beträgt zwischen 0,14 Sek. beim schnellen Laufen und 0,21 Sek. beim schnellen Gehen.
  • Die Abstoßimpulse sind proportional zu dem Körpergewicht.
  • Bei den schnellen Laufübungen wurde ein reflexartiges Abfedern des Aufprallens registriert. (Schales et al., 1967, S. 683)

Selbststudie

Die Selbststudie dient der Erfassung genauer Datenmengen von Probanden mit unterschiedlichen Körpergewichten. Der Versuch ist nahezu derselbe wie Schales et. al. ihn durchgeführt haben, nur mit weiblichen Versuchspersonen. Die verschiedenen Probanden gehen mit derselben Geschwindigkeit über ein Laufband und die Kräfte werden mittels Kraftdruckplatte erfasst. Die relevanten Daten beziehen sich hierbei auf drei Probandinnen mit einer sehr ähnlichen Körpergröße in einem Spektrum von drei Zentimentern Differenz. Gewichtstechnisch liegen drei unterschiedliche Faktoren vor: 60,44 kg bei 175 cm [GRAN], 71,5 kg bei 173 cm [GEJA] und 83,9 kg bei 174 cm Körpergröße [LISU]. Die entsprechenden Daten wurden mittels einer bereits durchgeführte Studie von Dario Tokur zur Verfügung gestellt.

Resultat

Betrachtet man sich beide Studien werden schnell die Parallelen deutlich. Leider ist aufgrund der geringen Datenmenge nur ein sehr geringes Spektrum abzulesen und eine hohe Varianz und einen gegebenenfalls fehlerhafte Datenauswertung gilt als wahrscheinlich. Weder der Selbstversuch mit drei Probandinnen, noch die Studie von Schales et al. mit acht Probanden können eine ausreichende Validität garantieren. Doch lassen sich im Vergleich der beiden Studien die verschiedenen Geschlechter grob miteinander vergleichen.

verfasst von T. Meisenzahl

Versuchs- und Untersuchungsplan

Stichprobe: Wir suchen für unser Experiment junge Erwachsene mit der ungefähr gleichen Körpergröße (~ 160 cm). Sie sollten keine Handicaps (Amputationen, etc.) aufweisen und ohne Probleme fünf Minuten am Stück in normalem Gangtempo gehen können. Um die Untersuchungsergebnisse auf die Gesamtpopulation übertragen zu können benötigen wir mindestens n > 30 Versuchspersonen.

Versuchsplanung:

Abb.1: Laufband mit Kraftdruckplatte

Das Körpergewicht von Probanden wird zunächst mit Hilfe einer geeichten Wage ermittelt und dokumentiert. Die Probanden sollen nun auf einem Laufband mit integrierter Kraftmessplatte mit einer Geschwindigkeit von V= ~ 1,4 m/s (Geschwindigkeit wird über das Laufband gesteu-ert) fünf Minuten lang laufen. Die durchschnittliche Abstoßkraft jedes einzelnen Probanden lässt sich nun in Bezug zu seinem Körpergewichten setzen. Aus dem Verhältnis der Abstoßkraft zum Körpergewicht lässt sich nun die Frage beantworten ob der Anstieg der Abstoßkraft in einem proportionalen Zusammenhang zum Körpergewicht steht oder ob andere Größen (allg. Körper-größe; Beinlänge) die Abstoßkraft in signifikanter Weise beeinflussen.

Variablen:

  • Abhängige Variable:
    • Die Kraft die ein Proband beim Gehen auf einer Kraftmessplatte erzeugt.
  • Unabhängige Variable:
    • Das Körpergewicht der Probanden.

Hypothesen:

  • Operationale Hypothese:
    • Je schwerer der Proband desto größer ist die Abstoßkraft beim Gehen
  • Alternativhypothese:
    • Die Abstoßkraft steigt in signifikanter weiße proportional zum Körpergewicht
  • Nullhypothese:
    • Die Abstoßkraft steigt nicht in signifikanter weiße proportional zum Körpergewicht

verfasst von P. Schellhorn

Datenaufbereitung und –auswertung

Datenerfassung

Tabelle 1: EinbeinigZweibeinig
Proband Gewicht Gehen (100 % PTS) Laufen (100% PTS) Gehen Laufen
GRAN 60,44 Kg 487,75 N 795,25 N 642 N 795,25 N
GEJA 71,5 Kg 586,25 N 890 N 760,5 N 890 N
LISU 83,9 Kg 674,5 N 919 N 901,5 N 919 N

Abstoßkraft in % vom Körpergewicht

Um die Abstoßkraft in Prozent [%] vom Körpergewicht angeben zu können, muss zunächst die Abstoßkraft von Newton [N] in Kilogramm [kg] umgerechnet werden.

Tabelle 2: EinbeinigZweibeinig
Proband Gewicht Abstoßkraft beim Gehen in % vom Körpergewicht Abstoßkraft beim Laufen in % vom Körpergewicht Abstoßkraft beim Gehen in % vom Körpergewicht Abstoßkraft beim Laufen in % vom Körpergewicht
GRAN 60,44 Kg 82,28 % 134,18 % 108,37 % 134,18 %
GEJA 71,5 Kg 83,60 % 126,82 % 108,46 % 126,82 %
LISU 83,9 Kg 81,98 % 111,68 % 109,57 % 111,68 %

Auswertung:

Aus Tabelle 1 kann man entnehmen, dass Probanden mit einem höheren Körpergewicht auch eine höhere Gewichtskraft beim Gehen / Laufen haben. Damit bestätigt sich unsere Hypothese: „Je schwerer der Proband, desto größer ist die Abstoßkraft beim Gehen.“ Nun müsste man noch die Signifikanz dieser Aussage prüfen, dazu benötigen wir jedoch die Daten von mehreren Versuchspersonen.

Aus Tabelle 2 kann man entnehmen, dass bei allen Probanden das Körpergewicht im gleichen Verhältnis zur Abstoßkraft steht. Damit wäre die Hypothese bestätigt, dass die Abstoßkraft proportional zum Körpergewicht steigt.

verfasst von C. Vogel

Schlussbemerkung

Abschließend lässt sich festhalten, dass die Annahmen der Werte zum Laufen und Joggen sich strikt an den Forschungsergebnissen von Schales et al. (1967, S. 686ff) orientiert haben. Eine genaue Untersuchung hätte weitere Datenerfassungen, welche sehr zeit- und kostenintensiv sind, erfordert.

Die Daten für das Gehen wurden selbst ermittelt beziehungsweise beziehen sich auf die Daten der Studie, welche von Dario Tokur zur Verfügung gestellt wurden, als auch der Datenauswertung von Schales et al. (1967, S. 683, 686ff). Die Daten bestätigen die zuvor aufgestellten Hypothesen und lassen darauf schließen, dass die Abstoßkraft sich proportional zum Körpergewicht entwickelt.

Abb.2: Moderner Sportschuh mit Federung

Dies würde für die Schuhindustrie und -orthopädie bedeuten, dass die Dämpfung je nach Körpergewicht proportional angepasst werden sollte, um möglichst körperschonend zu wirken. Verschiedene Sport- und Laufschuhhersteller arbeiten derzeit genau an einer individuellen Anpassung, wie im Beispiel Adidas, welcher einen Schuh entwickelt hat, der entsprechend dem Körpergewicht mehr oder weniger stark einfedert und somit einen recht individuellen Komfort liefert.

verfasst von T. Meisenzahl & C. Vogel


Fragen

Welche Probleme treten häufig bei der Messung auf?
Warum haben Probanden mit höheren Gewicht eine prozentuale niedrigere Abstoßkraft?


Literatur

Schales, H. / Groh, H. / Baumann, W. / Kubetz, F. (1967): Über die Abstosskräfte des Fussballens bei Gang und Lauf, Ergonomics, 10 (6), S. 683 – 697.

Winter, D. A. (1980): Overall principle of loser Limburg support during stance phase of gait, Journal of Biomechanics, 13 (11), S. 923 – 927.



fm/ps_fometh2/ss2015/gruppe2.txt · Zuletzt geändert: 01.10.2015 10:06 von Dario Tokur
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