FMP1506 Kontaktzeiten beim Gehen und Laufen

Modul-Icon FMP1506
Veranstaltung PS Forschungsmethoden 2
Autoren Chantal Baron, Larissa Heger, Aylin Stamm
Bearbeitungsdauer 30 Minuten
Präsentationstermin 01.07.2015
Zuletzt geändert 29.07.2015


Einleitung

Abb.1

In der vorliegenden Arbeit soll die Bodenkontaktzeitdifferenz zwischen Gehen und Laufen bei einer konstanten Geschwindigkeit von 7,56km/h analysiert werden. Wir betrachten die Forschung unter dem Aspekt einer möglichst kurzen Bodenkontaktzeit bei dieser Geschwindigkeit, um zu erkennen, welche Gangart bei heißem Untergrund zu bevorzugen ist.

Um die folgenden Untersuchungen nachvollziehen zu können ist es wichtig, die Definitionen der Gangarten Gehen und Laufen zu kennen. Die Grundlageninformationen hierzu sind in dem Wiki WP1309 Gangarten herausgearbeitet worden.

verfasst von Larissa Heger/Aylin Stamm


Motivation

Wer kennt folgendes Phänomen nicht? Sie gehen im Sommer barfuß spazieren. Nach einer Weile wechselt der Untergrund vom bisherigen Rasen auf Asphalt. Ohne nachzudenken fangen Sie an, das Tempo zu erhöhen und wechseln vom Gehen ins Laufen. Warum machen Sie das? Der von der Sonne erwärmte Asphalt ist deutlich wärmer als der Rasen. Doch was ist der entscheidende Aspekt, weshalb Sie plötzlich vom gemütlichen Gehen ins Laufen wechseln?

verfasst von Aylin Stamm


Aktueller Stand der Forschung

1. Ganganalyse beim Gehen und Laufen

Abb.2

Autoren: Inès A. Kramers-de Quervain, Edgar Stüssi, Alex Stacoff

Mit zunehmender Geschwindigkeit werden Schrittfrequenz und Schrittlänge größer. Die Versuchspersonen wählen stets die effizienteste Gangart, bei der der Sauerstoffverbrauch minimiert wird. Die Bodenkontaktzeit verkürzt sich vom Gehen zum Laufen von 0,6-0,7sec. auf 0,2-0,3sec. Beim Sprint beträgt diese 0,085-0,095sec.

zu Abb.2: Phasen im Laufschritt und ihre prozentuale Verteilung: Vaughan (1984) beschreibt die prozentuale Verteilung beim Laufschritt, Sprint und Gehen.

verfasst von Chantal Baron


2. Biomechanics of distance running

Autor: Cavanagh P.

Vorgehen: Untersuchung von Vorfuß- und Fersenläufer bei einer konstanten Geschwindigkeit. Die wirkenden Kräfte wurden mithilfe einer Kraftmessplatte gemessen und die Daten mit einer Computersoftware berechnet. Hierbei wurden Laufzeit, Amplituden und Impulse der Reaktionskraft dargestellt. Die Probanden wurden beim Gehen (1-3m/s) und Laufen (1,5-5m/s) getestet.

Ergebnisse: Je höher die Geschwindigkeit war, desto höher wurden die wirkenden Kräfte. Es kam zu einem Anstieg um das zweifache beim Gehen und um das zwei- bis vierfache beim Laufen. Ebenfalls wurde festgestellt, dass die Vertikalkräfte beim Fersenläufer deutlich höher sind, als beim Vorfußläufer.

verfasst von Chantal Baron


Resümee des Forschungsstandes

Die vorliegenden Befunde zeigen, dass mit steigender Geschwindigkeit die Bodenkontaktzeit abnimmt. Die gemessenen Kräfte hingegen steigen an. Schrittfrequenz und Schrittlänge nehmen proportional zur Geschwindigkeit zu. Die Versuchspersonen wählen die effizienteste Gangart. Unsere Forschung soll sich deshalb auf die Frage konzentrieren, wie diese Unterschiede sich in den Gangarten Laufen und Gehen bei gleicher Geschwindigkeit (7,56km/h) zeigen.

verfasst von Chantal Baron


Methoden/ Experiment

Hypothese

  • H1: Die Bodenkontaktzeit ist beim Laufen signifikant geringer als beim Gehen.
  • H0: Die Bodenkontaktzeiten sind beim Laufen und Gehen identisch.


verfasst von Larissa Heger


Versuchsdesign

Abb.3

Im Zuge der Untersuchung werden drei Probanden einer Ganganalyse unterzogen. Die Aufgabe besteht darin auf einem Laufband, welches bei einer konstanten Geschwindigkeit von 7,56km/h eingestellt ist, zunächst 10 Sekunden zu Gehen. Im zweiten Schritt wird dann eine laufende Gangart von den Probanden gefordert. Auch in diesem Fall beträgt die Dauer 10 Sekunden bei 7,56km/h. Die Gesamtzeit, die sich die Probanden auf dem Laufband bewegen, beträgt 140 Sekunden. Nach jeweils 10 Sekunden erfolgt ein Gangartenwechsel. Die Bodenkontaktzeiten werden von integrierten Kraftmessplatten erfasst. Mithilfe von Matlab werden die gewonnenen Daten im Anschluss ausgewertet. Die Bestimmung des Schwellwerts der Kontaktaufnahme erfolgt mittels Algorithmen. Bodenkontaktzeiten und daraus resultierende Differenzen werden so bestimmt.

verfasst von Aylin Stamm


Ergebnisse

Bei der untersuchten konstanten Geschwindigkeit von 7,56km/h beträgt die durchschnittliche Bodenkontaktzeit beim Gehen 516ms, während sie beim Laufen 348ms beträgt. Entsprechend wird die H1-Hypothese, welche besagt, dass die Bodenkontaktzeit beim Laufen signifikant geringer ist als beim Gehen, bestätigt. Die H0-Hypothese wird verworfen.

Abb.4

Der erste Anstieg innerhalb der Kurve stellt hier den Kraft-Zeit-Verlauf beim Gehen dar, der zweite beim Laufen. Hier ist deutlich zu erkennen, dass die Bodenkontaktzeit beim Laufen geringer ist als beim Gehen. Wie im eingangs verlinkten Wiki haben die beiden Gangarten verschiedene Besonderheiten. Das Laufen ist durch den Vorderfußlauf charakterisiert, wodurch sich die geringere Kontaktzeit ergibt.

verfasst von Larissa Heger


Schlussbetrachtung

Kehren wir nochmal zurück zur anfänglichen Episode. Die Frage war, warum Sie auf von der Sonne erwärmten Asphalt anfangen zu Laufen, anstatt entspannt weiter zu gehen. Mithilfe der Untersuchungen können wir dieses Phänomen nun mit der verkürzten Bodenkontaktzeit beim Laufen erklären. Durch das Laufen vermeiden Sie die verhältnismäßig lange Kontaktzeit, die beim Gehen gegeben ist. Dies ist gut nachvollziehbar, da der Fußkontakt mit dem heißen Boden leicht Schmerzen erzeugt, welche Sie natürlich vermeiden wollen.

Zum Abschluss noch ein paar weiterführende Gedanken zu dem untersuchten Thema 'Bodenkontaktzeit beim Gehen und Laufen'. Wofür ist diese Untersuchung gut? Wem bringt sie etwas? Gibt es vielleicht Alltagssituationen für die eine solche Forschung interessant ist?

Ja, es ist durchaus erstrebenswert die verschiedenen Gangarten zu analysieren. Dank der Variationen die wir bei der Fortbewegung zur Auswahl haben, können wir uns ideal an die Umgebung anpassen. In der vorgestellten Untersuchung ging es um die schnellstmögliche Überwindung des heißen Asphalts, wobei eine kurze Bodenkontaktzeit erstrebenswert war. Genauso gibt es auch Situationen bei denen möglichst langsame Bewegungen notwendig sind. Ein Beispiel hierbei wäre das Überqueren eines gefrorenen Sees, dessen Eis schon leichte Risse aufweist. Gleiches Phänomen ist auch beim barfüßigen Gehen auf kleinen Steinen zu beobachten. Spannend zu untersuchen wäre auch das menschliche Verhalten bei der Kombination von kleinen Steinen als heißem Untergrund. Wäre eher langsames Gehen zu beobachten, um die einwirkende Kraft des Fußes auf den Untergrund zu minimieren? Oder Laufen, um den heißen Boden schnell zu überwinden?

verfasst von Aylin Stamm


Ausblick

Anhand dieser alltäglichen Beispiele lässt sich erkennen, dass die Möglichkeit einer permanenten Wahl aus den verschiedenen Gangarten, sowie der plötzliche Gangartenwechsel, sehr praktisch für eine perfekte Anpassung des Menschen an seine Umwelt sind.

Weitere Forschungsfelder lassen sich auf der physischen sowie psychischen Ebene erschließen. Physisch gesehen wäre es interessant inter- und intraindividuelle Unterschiede beim Laufen und Gehen zu untersuchen, sowie die durchgeführte Untersuchung auch bei verschiedenen Geschwindigkeiten (z.B. 5km/h oder 10km/h) zu wiederholen. Zudem geht aus dem aktuellen Forschungsstand hervor, dass die dort untersuchten Probanden die effizientere Gangart wählen. Wird dies auch so wahrgenommen? Ist man sich der Effizienz bewusst oder wird sie unbewusst gewählt?

Andererseits stellt auch der psychische Zustand des Menschen ein breites Forschungsgebiet dar. Spiegelt sich die Verfassung der Person in seinem Gangmuster wieder? Kann man anhand der Beobachtung des Gangverhaltens auf persönliche Umstände schließen? All diese Fragen eröffnen wiederum ein neues Forschungsfeld, und zeigen, dass die Ganganalyse einen wichtigen Aspekt in der Wissenschaft darstellt.

In dem folgenden Video (1) geben wir eine abschließende Inspiration zum Thema „Was der Gang über Krankheiten verrät“:



verfasst von Aylin Stamm


Quellen

Literaturverzeichnis

Brüggemann G.P., Glad B. (1990): Time analysis of the sprint events. Scientific research project at the games of the XXIV. Olympiad – Seoul 1988 – final report. New Studies in Athletics, Supplement.

Cavanagh P. (1990): Biomechanics of distance running. Champaign, IL.

Hunter J.P., Marshall R.N., McNair P.J. (2004): Interaction of step length and step rate during sprint running. Medicine and Sciense in sports and exercise, 36, 2: 261–271.

Kramers-de Quervain, I., Stüssi E., Stacoff A. (2008): Ganganalyse beim Gehen und Laufen. Online verfügbar unter http://www.sgsm.ch/fileadmin/user_upload/Zeitschrift/56-2008-2/Ganganalyse_Spomed_2_2008_Kramers.pdf, zuletzt aufgerufen am 02.06.2015.

Nilsson, J., & Thorstensson, A. (1989). Ground reaction forces at different speeds of human walking and running. Acta Physiologica Scandinavica, 136(2), 217-227.

Vaughan C.L. (1984): Biomechanics of running gait. Critical Reviews of Biomedical Engineering

verfasst von Chantal Baron


Abbildungsverzeichnis

Abb.1: http://wiki.ifs-tud.de/biomechanik/projekte/ss2013/gangarten, zuletzt abgerufen am 15.07.2015.

Abb.2: Kramers-de Quervain, I., Stüssi E., Stacoff A. (2008): Ganganalyse beim Gehen und Laufen. Online verfügbar unter http://www.sgsm.ch/fileadmin/user_upload/Zeitschrift/56-2008-2/Ganganalyse_Spomed_2_2008_Kramers.pdf, zuletzt abgerufen am 02.06.2015.

Abb.3: Online verfügbar unter http://lauflabor.ifs-tud.de/doku.php?id=facilities:facilities, zuletzt abgerufen am 24.06.2015.

Abb.4: Eigene Darstellung

Video 1: https://www.youtube.com/watch?v=UC80xHtqJR8&feature=player_embedded, zuletzt aufgerufen am 15.07.2015

verfasst von Larissa Heger


fm/ps_fometh2/ss2015/gruppe6.txt · Zuletzt geändert: 01.10.2015 10:05 von Dario Tokur
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