FMP1507 Körpergewicht & Schrittlänge

Modul-Icon FMP1507
Veranstaltung Ps Forschungsmethoden II
Autor David Chech, Stefan Markworth, Louis Räder
Bearbeitungsdauer 30 Min.
Präsentationstermin 8.7. 2015
Zuletzt geändert 14.08.2015


Einleitung

Durch schlechte Schuhe können bei langen, aber auch bei kurzen Wanderungen, große Probleme auftreten. Da es heutzutage immer mehr Tracking- und Wanderbegeisterte gibt haben wir uns in unserer Forschung damit beschäftigt, wie sich das Gewicht des Rucksacks auf das Laufverhalten, bzw. auf die Schrittlänge des Tragenden auswirkt. Hierbei wird beachtet, wie sich die Schrittlänge verändert, wenn man bei gleichbleibender Geschwindigkeit mit variierendem Gewicht auf einem Laufband läuft. Werden die einzelnen Schritte größer, oder kleiner?

verfasst von L. Räder




Motivation

Die Motivation diese Forschung durchzuführen haben wir aus der Idee geschöpft, mit den Ergebnissen der Untersuchung wichtige Daten für Schuhhersteller bereitstellen zu können. Sollte sich aus der Forschung beispielsweise ergeben, dass bei hoher Belastung durch den Rucksack die Schrittlänge vergrößert wird, so muss man die Sohle des Schuhs an der Verse so verändern, sodass er für die neuen Druckbedingungen geeignet ist.

Befundlage bzw. Erkenntnisstand

Die Hauptrecherche fand online statt. Sie ergab nur wenige Ergebnisse zum momentanen Erkenntnisstand bei Erwachsenen.

Recherche-Arbeiten:
Zur Auswertung der vorliegenden Befunde haben wir die folgenden Recherchen durchgeführt:
− Google Scholar (URL: https://scholar.google.de/) – mit folgenden Suchworten: walk, speed, backpack
− Researchgate (URL: https://www.researchgate.net/home.Home.html) – mit folgenden Suchworten: Peter Frykman

Als Ergebnis haben wir mehrere Arbeiten gefunden, die meisten beziehen sich auf die Auswirkung von Schulranzen auf Schüler. Die Arbeiten zur Auswirkung auf Erwachsene sind nur schlecht beschaffbar und beziehen sich meistens auf eine Hauptarbeit.
Deshalb wird im Folgenden die Arbeit von Harman, Hoon, Frykman und Pandorf (2000) dargestellt. Sie behandelt sehr detailliert die Auswirkungen von Zusatzgewichten auf Schrittlänge und Schrittfrequenz. „The effects of walking speed on the biomechanics of backpack load carriage“ im Auftrag des U.S. Army medical research and materiel command, untersucht verschiedene Effekte durch Zusatzgewicht auf die Biomechanik des Gehens bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten (Harman, Hoon, Frykman & Pandorf, 2000).

Für die Stichprobe untersuchte man 16 gesunde Freiwillige. 11 davon U.S. Army Personal, 3 Army officers und 2 zivile Angestellte des U.S. Army Reseach Institute of Environmental Medicine
Durchschnittsalter: 30,3 Jahre
Durchschnittsgröße: 181,2 cm
Durchschnittsgewicht: 76,3 Kg
Geschlecht: männlich
(nach Harman, Hoon, Frykman & Pandorf, 2000, S. 23)
Um die Effekte zu analysieren, wurden mit Kameras, Kraftplattformen, tri-axialem accelerometer und sechs oberflächlichen Muskel Elektroden, Bewegungen und Kräfte gemessen. Die Freiwilligen gingen bei den Geschwindigkeiten 1.17, 1.33 und 1.50 m/s während sie verschiedene Rucksäcke mit Zusatzgewichten von 6 Kg bis 47 Kg trugen (vgl. Harman, Hoon, Frykman & Pandorf, 2000, S. 1).

Abhängige Variablen:
- Fersenaufsatz und Abdruck Kräfte
- Zeit zwischen Fersenaufsatz und Abdruck
- Maximum und Durchschnitt von Kräften und Impulsen in verschiedenen Richtungen
(vgl. Harman, Hoon, Frykman & Pandorf, 2000, S. 17f)

Bezogen auf unsere weitere Forschung ergaben die Untersuchungen, eine Abhängigkeit von Zusatzgewicht und Gehgeschwindigkeit zu Schrittfrequenz und Schrittlänge. Bei den niedrigen Zusatzbelastungen war kein signifikanter Unterschied zwischen Zusatzgewicht und Schrittfrequenz bzw. Schrittlänge erkennbar. Bei maximalem Gewicht von 47 Kg erhöhte sich die Schrittfrequenz und die Schrittlänge verkleinerte sich bei den Geschwindigkeiten 1.17 und 1.33m/s aber nicht bei 1.50m/s. Unsere Untersuchung konzentriert sich deshalb auf eine eindeutige Abhängigkeit von Zusatzgewicht und Schrittfrequenz bei gleichbleibender Geschwindigkeit (vgl. Harman, Hoon, Frykman & Pandorf, 2000, S. 24)

verfasst von D. Cech



Versuchs- und Untersuchungsplan

Stichprobe: In der Untersuchung wurden drei junge männliche Studenten getestet, die durch eine Ad-Hoc-Stichprobenmethode ausgewählt wurden. Die Probanden mussten unbedingt gesund sein, d.h. es wurde sichergestellt, dass die Probanden keine (ihnen bekannten) physischen Einschränkungen haben, um ungewollte Einflüsse auf das Testergebnis auszuschließen.

verfasst von L. Räder


Versuchsplan und Methoden

Zur Untersuchung der Schrittfrequenz haben wir die Probanden eine Minute bei konstanter Geschwindigkeit (5 Km/h), anfangs ohne, und später mit verschiedenen Gewichten, auf einem Laufband gehen lassen. Die Abhängige Variable ist die Schrittfrequenz, welche durch die verschiedenen Gewichte (unabhängige Variable) beeinflusst werden soll. Die Gewichte wurden im Rucksack verstaut, um das Gehen beim Wandern, oder Tracking zu simulieren. Die Probanden wurden jeweils einzeln getestet, und ihnen wurde genug Zeit gelassen, um sich vollständig zu regenerieren, um ein verfälschen der Testergebnisse zu vermeiden. Bestimmung der Schrittlänge: Bei einem Tempo von 5 Km/h werden in 3 Minuten 250 Meter zurückgelegt. Man teilt die 250 Meter durch die Anzahl der Schritte (Schrittfrequenz) und erhält so die Schrittlänge.

verfasst von L. Räder


Hypothesen

  1. Durch zusätzliches Gewicht von einem Rucksack, wird bei gleichbleibender Geschwindigkeit die Schrittfrequenz beim Gehen signifikant beeinflusst.
  2. Beim Gehen mit Zusatzgewicht, bei konstanter Geschwindigkeit, wird die Schrittfrequenz höher und damit die Schrittlänge kürzer (Laufgeschwindigkeit= Schrittfrequenz x Schrittlänge).

verfasst von L. Räder




Versuchsauswertung

In der folgenden Tabelle finden sich die durchschnittlichen Schrittlängen (in Metern) der Probanden bei ausgewählten Gewichten (in Kilogramm). Zudem werden die Korrelationskoeffizienten bzw. Bestimmtheitsmaße zwischen den durchschnittlichen Schrittlängen und Gewichten dargestellt.

Tab. 1: Messergebnisse der Schrittlängen bzw. –Frequenzen der Probanden

Auf Grundlage dieser Daten erfolgen Datenauswertung und Schlussfolgerungen.

verfasst von S. Markworth


Datenauswertung

Vorweg sei bemerkt, dass sich begründet durch die geringe Anzahl an Probanden keine repräsentativen Schlussfolgerungen ergeben können. Die Interpretation dieser Daten ist also mit Vorsicht zu genießen.

Für Proband 1 (m, 73,6 KG, 186,5cm, 22 Jahre) zeigt sich mit zunehmendem Gewicht nahezu keine Veränderung der Schrittlänge. Dementsprechend fallen die statistischen Messgrößen aus: Der Korrelationskoeffizient von r = -0,50 zeigt an, dass für Proband 1 ein negativer linearer Zusammenhang zwischen der Schrittlänge und Zusatzgewichten besteht. Allerdings ist das Bestimmtheitsmaß von R² = 0,25 für eine Interpretation ungeeignet.

Zusätzlich ist bei Proband 2 (f, 60 KG, 170cm, 21 Jahre) eine starke negative Abhängigkeit zwischen den zu untersuchenden Werten auszumachen. 89% der Streuung der Schrittlänge können in diesem Fall durch die Streuung der Zusatzgewichte erklärt werden, was man als starke Abhängigkeit interpretieren kann.

Die Messung zeigt bei Proband 3 (m, 63 KG, 173cm, 24 Jahre) ähnlich wie bei Proband 2, dass zusätzliches Gewicht nahezu durchgängig die Schrittlänge negativ beeinflusst. Allerdings scheint der Zusammenhang bei Proband 3 noch stärker zu sein. Die Betrachtung der Durchschnittswerte zeigt, dass die Schrittlänge mit zusätzlichem Gewicht immer weiter abnimmt (R² = 0,97 = starker linearer Zusammenhang). Grafik 1 verdeutlicht, dass sich bei unserer Messung die durchschnittliche Schrittlänge pro 10 KG Zusatzgewicht um etwa einen Zentimeter verringert.

Grafik 1: Linearer Zusammenhang zwischen durchschnittlicher Schrittlänge (in Metern) aller Probanden und dem Zusatzgewicht (in KG)

verfasst von S. Markworth


Schlussfolgerung

Unsere Untersuchung hat gezeigt, dass die Forschungshypothese bestätigt werden kann. Es kann allerdings aufgrund der geringen Anzahl an Probanden keine signifikante Schlussfolgerung getroffen werden. Unsere Messwerte zeigen, dass die Schrittlänge mit zusätzlichen zehn KG um etwa einen Zentimeter abnimmt. Des Weiteren können 96,72% der Varianz der Schrittlänge durch die Varianz der Zusatzgewichte erklärt werden, was einen stark negativ verlaufenden linearen Zusammenhang bedeutet. Die Hypothese 2 wird durch unsere Messwerte bestätigt.

verfasst von S. Markworth


Eigener Standpunkt

Des Weiteren muss angemerkt werden, dass unser Versuchsaufbau an Einfachheit nur schwer überboten werden kann. Für den Test eines marktfähigen Produktes müssen diverse Variablen im Versuchsaufbau geändert werden. Es wäre bspw. notwendig, Versuche im Freien, d.h. nicht auf einem gerade liegenden Laufband durchzuführen. Zusätzlich sollten Personengruppen als Probanden geführt werden, die auch wirklich als Käufer in Frage kommen würden. Dazu kommt letztendlich die Gewichtsverteilung am Körper und der Einsatz von verschiedenen Materialien.

Diese Ideen verdeutlichen, dass unser Forschungsprojekt durch viele Variablen verändert oder auch erweitert werden kann und letztendlich auch muss, damit das entstehende Produkt immer weiterentwickelt werden kann.

verfasst von S. Markworth


Literatur

Harman, E., Han, KH., Frykman, P., & Pandorf, C. (2000). The effects of backpack weight on the biomechanics of load carriage. Zugriff am 25. August 2015 unter http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA377886

fm/ps_fometh2/ss2015/gruppe7.txt · Zuletzt geändert: 01.10.2015 10:05 von Dario Tokur
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