Die hier vorgestellte Versuchsreihe wurde im Rahmen eines Biomechanik Hauptseminars des Sportinstituts der Universität Rostock durchgeführt. Die Idee der Untersuchungsthematik von Schussgeschwindigkeiten im Fußball in Abhängigkeit zum Ausholwinkel des Schussbeines basierte auf der Sportartverbundenheit der Versuchsleiter. Als aktive Fußballer erschien uns dies sinnvoll, da wir bereits wichtige Vorkenntnisse und Erfahrungen auf diesem Gebiet mit in die Planung mit einfließen lassen konnten.
Als Probanden standen uns Schüler einer 11. Klasse der sportbetonten Schule A zur Verfügung. Aufgrund der großen Präsenz der Sportart Fußball in den Medien und dem großen Interesse der Allgemeinheit an dieser Sportart, gingen wir davon aus, dass die Schüler ebenfalls von Beginn an Interesse an dem Versuch wecken werden und dabei keine große zusätzliche Motivationsarbeit notwendig seien würde. Darüber hinaus ist es schwer einen allgemeinen Alltagsbezug des eigentlichen Versuchsgegenstandes herzustellen, da die Bewegung des Vollspannstoßes schon sehr sportartspezifisch ist und somit schwer auf Alltagsbewegungen übertragbar.
Für die Messung der einzelnen Schussgeschwindigkeiten konnten wir auf eine uns vom Institut für Sportwissenschaften der Universität Rostock zur Verfügung gestellte Lichtschrankentechnologie zurückgreifen. Diese Methode machte die Umsetzung unseres Versuches deutlich effektiver. Zwar wäre es auch mit alternativen und einfacheren Messmethoden (Stoppuhr, Videokamera, …) möglich gewesen, jedoch dann auch mit deutlich mehr Aufwand verbunden. Bei der Durchführung des Versuches sollten die Schüler mit verschiedenen Vorgaben der Ausholwinkel Schüsse auf ein Tor bringen, an dem die Lichtschranke installiert wurde. Durchgeführt wurde der Versuch in einer standardmäßigen Sporthalle.
Jeder Proband hatte zusätzlich einen Schussversuch aus freiem Anlauf. Dieser wurde per Videokamera gefilmt, um im Nachhinein den vermeidlich für jeden Probanden optimalen Ausholwinkel für eine maximale Schussgeschwindigkeit entnehmen zu können. Um zuvor einige wichtige Voraussetzungen für den Versuch sicherzustellen, bekamen die Schüler im Vorfeld einen Fragebogen, den sie jeweils auszufüllen hatten. Hier waren zusätzlich auch notwendige Größen, Formeln und Erwartungswerte durch die Schüler einzutragen. In der Auswertung der Daten trafen unsere Erwartungen, dass die Schussgeschwindigkeit mit Zunahme des Ausholwinkels ebenfalls zunimmt, teilweise zu.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theorieteil
2.1. Fragestellung
2.2. Forschungsstand
2.3. Schulbezug
2.4. Biomechanischer Anteil
3. Methodik
3.1. Versuchspersonen und Material
3.2. Design und Ablauf
3.3. Durchführung und Datenanalyse
4. Ergebnisse
4.1. Schussgeschwindigkeiten Gruppe
4.2. Schussgeschwindigkeiten Gruppe
4.3. Schussgeschwindigkeiten Gruppe
5. Auswertung
5.1. Auswertung der Ergebnisse
5.2. Fehlerbetrachtung und Ausblick
5.3. Fazit
6. Anhang
7. Literaturverzeichnis
1. Einleitung
Die hier vorgestellte Versuchsreihe wurde im Rahmen eines Biomechanik Hauptseminars des Sportinstituts der Universität Rostock durchgeführt. Die Idde der Untersuchungsthematik von Schussgeschwindigkeiten im Fußball in Abhängigkeit zum Ausholwinkel des Schussbeines basierte auf der Sportartverbundenheit der Versuchsleiter. Als aktive Fußballer erschien uns dies sinnvoll, da wir bereits wichtige Vorkenntnisse und Erfahrungen auf diesem Gebiet mit in die Planung mit einfließen lassen konnten.
Als Probanden standen uns Schüler einer 11. Klasse der sportbetonten Schule A zur Verfügung. Aufgrund der großen Präsenz der Sportart Fußball in den Medien und dem großen Interesse der Allgemeinheit an dieser Sportart, gingen wir davon aus, dass die Schüler ebenfalls von Beginn an Interesse an dem Versuch wecken werden und dabei keine große zusätzliche Motivationsarbeit notwendig seien würde. Darüber hinaus ist es schwer einen allgemeinen Alltagsbezug des eigentlichen Versuchsgegenstandes herzustellen, da die Bewegung des Vollspannstoßes schon sehr sportartspezifisch ist und somit schwer auf Alltagsbewegungen übertragbar.
Für die Messung der einzelnen Schussgeschwindigkeiten konnten wir auf eine uns vom Institut für Sportwissenschaften der Universität Rostock zur Verfügung gestellte Lichtschrankentechnologie zurückgreifen. Diese Methode machte die Umsetzung unseres Versuches deutlich effektiver. Zwar wärer es auch mit alternativen und einfacheren Messmethoden (Stoppuhr, Videokamera, …) möglich gewesen, jedoch dann auch mit deutlich mehr Aufwand verbunden. Bei der Durchführung des Versuches sollten die Schüler mit verschiedenen Vorgaben der Ausholwinkel Schüsse auf ein Tor bringen, an dem die Lichtschranke installiert wurde. Durchgeführt wurde der Versuch in einer standardmäßigen Sporthalle
Jeder Proband hatte zusätzlich einen Schussversuch aus freiem Anlauf. Dieser wurde per Videokamera gefilmt, um im Nachhinein den vermeidlich für jeden Probanden optimalen Ausholwinkel für eine maximale Schussgeschwindigkeit entnehmen zu können. Um zuvor einige wichtige Vorraussetzungen für den Versuch sicherzustellen, bekamen die Schüler im Vorfeld einen Fragebogen, den sie jeweils auszufüllen hatten. Hier waren zusätzlich auch notwendige Größen, Formeln und Erwartungswerte durch die Schüler einzutragen. In der Auswertung der Daten trafen unsere Erwartungen, dass die Schussgeschwindigkeit mit Zunahme des Ausholwinkels ebenfalls zunimmt, teilweise zu. Dies war jeweils abhängig von der Sportartherkunft der einzelnen Probanden. Bei Nichtfußballern gab es dementsprechend teilweise doch starke Abweichungen.
2. Theorieteil
2.1. Fragestellung
In diesem Versuch wollen wir die Abhängigkeit der Schussgeschwindigkeit beim Fußball vom jeweiligen Ausholwinkel des Beines untersuchen.
Dabei nehmen wir an, dass sich mit steigendem Ausholwinkel auch die Schussgeschwindigkeit vergrößert, da gleichzeitig der Beschleunigungsweg des Beines verlängert wird. Allerdings ist mit einer Abnahme der Schusskraft bei einem übermäßig großem Winkel zu rechnen, da Faktoren wie z. B. das Gleichgewicht eine zunehmende Wichtigkeit einnehmen und das Ergebnis negativ beeinflussen werden. Daher sollte unseren Schätzungen zu Folge bei der Winkelvorgabevon 150°, nach vorherigem Anstieg der Geschwindigkeit mit Vergrößerung des Winkels, die Schussgeschwindigkeit nun wieder sinken.
2.2. Forschungsstand
Der Forschungsstand zu dieser Thematik ist bisher noch sehr gering ausgeprägt. Es ließen sich lediglich zwei Werke finden. Zum einen eine Arbeit von Paul (2001), die sich ebenfalls mit der Untersuchung von Schussgeschwindigkeiten in Abhängigkeit verschiedener Faktoren beschäftigte, die in diesem Falle die verschiedenen Momententwicklungen der beteiligten Muskulatur waren. Diese Untersuchungen beschränkten sich jedoch lediglich auf den Frauenfußball. Zum Anderen ließ sich eine recht passende Diplomarbeit vonWild(2012) finden. In seiner Arbeit beschreibt er eine seine empirische Studie zur Analyse des Zusammenhangs zwischen Kraftfähigkeit und Schussgeschwindigkeit beim Fußballvollspannstoß. Diese Untersuchungen sind schon vergleichbar mit unseren, jedoch deutlich detaillierter und ausführlicher.
2.3. Schulbezug
Da die Schüler an unserer Versuchsreihe im Rahmen ihres Sporttheoriekurses mit Themengebiet Biomechanik teilnahmen, war der Schulbezug von Beginn an hergstellt. Für die Schüler stellte es eine interessante Gelegenheit ihre theoretisch erworbenen Kenntnisse praktisch in Form eines Experimentes anzuwenden. Durch den Fragebogen sicherten wir ab, dass die Schüler auch eigenständig am Versuch beteiligt sind und gleichzeitig eine Ergebnissicherung für die Vorstellung der Versuchsreihe in der Schule haben. So waren die Schüler beispielsweise selbst verantwortlich, mögliche Berechnungen zur Ermittlung der Geschwindigkeit herauszufinden. Auch das Berechnen von Mittelwerten und das Eintragen dieser in dazugehörige Diagramme, zählte zu ihren Aufgaben. All diese Berechnungen sind auch fächerübergreifend ein häufiger Bestandteil in der Schule. Der physikalische Hintergrund stellte für die Schüler einen sehr wichtigen fächerübergreifenden Bezug dar, sodass unser Versuch optimal in die Thematik der Probanden aus der 11. Klasse passte. Das Prinzip des optimalen Beschleunigungswegs und die einzelnen Berechnungen sind Bestandteil des Physikunterrichts und dienten uns als Grundlage für den Transfer zum sportlichen Ansatz dieses Versuchs. Darüber hinaus konnten sie den Umgang mit einer komplexen Messtechnologie wie der Lichtschranke in der Praxis kennenlernen. Dies wäre sonst sicherlich auch lediglich in der Theorie Bestandteil für die Schüler gewesen, da sehr selten Schulen über so eine Technik verfügen.
2.4. Biomechanischer Anteil
Als Grundlage für unseren Versuch dienen uns die Bewegungsgesetze des englischen Naturwissenschaftlers Isaac Newton. Er beschrieb in seinem Werk „Laws ofmotion“ erstmals den Zusammenhang zwischen der Veränderung des Ruhe- beziehungsweise Bewegungszustandes von Körpern und deren Ursache (vgl. Wick, 2013, S. 46).Im Folgenden werden diese einzelnen Gesetze kurz erläutert:
1. Trägheitsgesetz: „Ein Objekt bleibt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung, solange es nicht durch eine Kraft gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern.“ (Newton, in: Wick, 2013, S. 46).
Alle Bewegungen im Sport, egal ob die Bewegung der Athleten selbst oder ihrer zu beschleunigen Geräte, unterliegen dem Trägheitsgesetz. Es ist Fakt, dass jeweils Kräfte wirken müssen, um eine Zustandsänderung herbeizuführen (vgl. Wick, 2013, S. 47).
Im Falle unseres Versuchs betrifft dieses 1. Newtonsche Gesetz das Sportgerät. Das Beharrungsvermögen des Balles wirkt proportional zu seiner Masse.
2. Beschleunigungsgesetz: „Die Änderung des Bewegungszustandes ist zur einwirkenden Kraft proportional und geschieht längs der Wirkungslinie der Kraft.“ (Newton, in: Wick, 2013, S. 47).
Aufgrund der fundamentalen Bedeutung dieses gesetzmäßigen Zusammenhangs, wird er für die gesamte Mechanik als Grundgesetz der Mechanik bezeichnet. Beim Beschleunigungsgesetz muss sowohl die Kraft als Ursache von Bewegungen betrachtet werden, als auch eine exakte quantitative Bestimmung zwischen Ursache und Wirkung im Bezug auf die Dauer der wirkenden Kraft erfolgen. Als Grundlage dient folgende Formel: F = m· a (vgl. Wick, 2013, S. 48).
In Bezug auf unseren Versuch beschreibt dieses Gesetz das Treffen des Balles mit dem Fuß. Wichtig ist dabei der Punkt, an dem der Ball getroffen wird (Bewegungsrichtung), die Kraft (mit der, der Fuß auf den Ball trifft) und die Dauer (der wirkenden Kraft).
3. Gegenwirkungsgesetz: „ Zu einer Wirkung besteht immer eine entgegengesetzt gerichtete und gleiche Gegenwirkung“ (Newton, in: Wick, 2013, S. 50).
Um also eine Bewegung eines Körpers erzeugen zu können, ist ein zweiter Körper erforderlich. Wenn zwei Körper aufeinander wirken, so werden die Aktion und Reaktion in Abhängigkeit von den Massen beider Körper bestimmt. Die jeweiligen Beschleunigungen verhalten sich dabei umgekehrt proportional zu den Massen (vgl. Wick, 2013, S. 50).
Beim Schuss ist mit dem zweiten Körper der Fuß gemeint. Dieser trifft auf den Ball und versetzt ihn in Bewegung. Die Kraft mit der der Ball getroffen wird, wird also auf ihn übertragen.
Des Weiteren spielt auch die Ausholbewegung beim Schuss eine entscheidende Rolle, da sie nicht nur die Kraft des Schusses, sondern auch die Präzision bestimmt. Aufgrund der Tatsache, dass der Beschleunigungsweg nur begrenzt ist, ist die Kraft mit der auf den Ball eingewirkt wird, auch entscheidend für die Geschwindigkeit mit der ein Ball auf ein Ziel fliegt. Die Ausholbewegung dient der Verlängerung des Beschleunigungsweges und somit der Vergrößerung der Anfangskraft.
Betrachtet man nun den Vollspannstoß aus dem Laufen heraus, so wird deutlich, dass die Schussgeschwindigkeit auch im engen Zusammenhang mit der Verknüpfung einzelner Teilimpulse steht. Das Zusammenwirken von Arm, Rumpf und Schussbein ist beim Schuss also äußerst wichtig, da die resultierenden Teilgeschwindigkeiten zu einer Endgeschwindigkeit addiert werden.
3. Methodik
3.1. Versuchspersonen und Material
An der Versuchsreihe nahmen 12 Schüler aus der 11. Klasse der sportbetonten Schule A teilt. Die Schüler fanden sich dafür im Rahmen eines Biomechanikprojektes ihrer Jahrgangsstufe zusammen. Die Gesamtgruppe bestand aus8 Jungen und 4 Mädchen, davon 6 Fußballer, 3 Leichtathleten, 2 Handballer und eine Musikerin. Im Vorfeld wurden anhand eines Fragebogens bestimmte Voraussetzung in Erfahrung gebracht. Neben allgemeinen Fragen zu Geschlecht, Alter und Schussbein, wurden zusätzlich motorisch-visuelle Defizite und ein Einverständnis für Videoaufzeichnungen erfragt.
Abb. 1 Versuchsaufbau bei freiem Versuch
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
(Foto:selbsterstellt, 04.12.2013 13.15 Uhr)
Das Experimentwurde in einer standardmäßigen Sporthalle auf ein Handballtor durchgeführt. Ein grober Aufbau der Versuchsreihe ist auf Abb. 1 zu erkennen. Hier ist die Durchführung des freien Versuches zu sehen, weshalb der Mattenwagen zur Standbeinfixierung diesem Bild nicht zu entnehmen ist. Am Tor wurde auf Höhe der Pfosten eine Lichtschrankentechnologie (siehe Abb. 2)mit jeweils 2 Sensoren pro Seite(Abstand 10 cm)zur Messung der
Abb. 2 Lichtschrankentechnologie zur Geschwindigkeitsmessung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
(Fotos: selbsterstellt, 21.01.2014 09.49 Uhr)
Schussgeschwindigkeitenangebracht. Diese war verbunden mit einem Laptop neben dem Tor, auf dem dann die jeweiligen Daten angezeigt wurden.Hier befand sich immer jeweils einer der Versuchsleiter. Außerdem waren eine Smartphoneapp (siehe Abb. 3) bzw. ein Winkelmesslineal zur Bestimmung des Ausholwinkelsnötig. Weitere Materialien waren: Ein Mattenwagen zur Fixierung des Standbeines, ein Hocker zur Erhaltung des Ausholwinkels im Schussbein, ein Maßband, 2 Fußbälle (Futsal Größe 4), Frage- und Auswertungsbögen, 5 Stifte, Tapeband zur Markierung bzw.Fixierung der Kabel und ein Tischmit Stuhlzum Aufbau der Datenauswertungsstation inkl.des Laptops.
Abb. 3 Smartphoneapp „Winkelmesser by Smart Tools co.“
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
(Screenshot: selbsterstellt, 13.03.2014 10:30 Uhr)
3.2. Design und Ablauf
Die Messung der Schussgeschwindigkeit erfolgte anhand einer Lichtschrankentechnologie. Dabei wurden jeweils an den Torpfosten des Handballtores zwei Sensoren auf Bodenhöhe befestigt und mit Hockern vor Erosion durch die Schüsse der Probanden gesichert. Dies hatte zur Folge, dass auch lediglich flache Schüsse gemessen werden konnten. Zu hohe Schüsse konnten durch das Messgerät nicht erfasst werden. Weiterhin befand sich 10 m vor dem Tor ein Mattenwagen zur Fixierung des Standbeines der Probanden. Dabei lehnten sie sich mit dem Standbein so an ein Ende des Mattenwagens, dass das Schussbein frei blieb um ausreichend für den Schuss durchschwingen zu können. Bei unterschiedlichen Schussbeinen, musste der Mattenwagen dann natürlich jeweils auf die andere Seite befördert werden. Hinter dem Probanden wurde ein Hocker aufgestellt der zur Fixierung des Schussbeines im jeweiligen Ausholwinkel diente. Dieser wurde dann je nach vorgegebenem Winkel verschoben. Seitlich neben dem Tor wurde der Arbeitsbereich mit Laptop und Unterlagen zur Erfassung und Verarbeitung der Daten aufgebaut. Dafür war der Laptop mit der Lichtschrankentechnologie verbunden und konnte so unmittelbar nach der Ausführung des Schusses eine Impulskurve und die jeweilige Schussgeschwindigkeit anzeigen. In Abb. 4 ist nochmals das Design der Versuchsreihe in einer Skizze dargestellt. Hier dann auch mit Position des Mattenwagens zur Standbeinfixierung.
Abb. 4Skizze zum Design der Versuchsreihe (Feldhälfte einer Sporthalle)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Nach einer kurzen Begrüßung der Schüler mit Vorstellung der Versuchsreihe und Erklärung des Ablaufes erfolgte eine fünfminütige eigenständige Erwärmung mit Hinweis auf die spezielle Aktivierung der Oberschenkelmuskulatur. Da die Probanden aus einer sportbetonten Schule kamen und daher täglich aufLeistungsniveau trainierten, war eine eigenständige Erwärmung angebracht. Bei weniger sportaffinen Probanden hätte dies natürlich unter Anleitung geschehen müssen. Bevor die Versuchsreihe starten konnte, mussten die Schüler abschließend noch einen Personenfragebogen ausfüllen. Darüber hinaus erhielten sie einen Auswertungsbogen zum Notieren ihrer Geschwindigkeitswerte und einer abschließend einzuzeichnenden Verlaufskurve dieser in ein vorgegebenes Diagramm.Die Probanden hatten jeweils 6 verschiedene Vorgaben der Ausholwinkel des Beines (20°, 45°, 70°, 100°, 150°, freier Schuss mit Anlauf), die sie in einem Durchgang jeweils direkt hintereinander durchführen sollten. Pro Ausholwinkel hatte jeder Proband 3 Schussversuche. Dieanderen Probanden waren währenddessen eingeteilt für das Zurückführen des Balles, für die Bestimmung des Ausholwinkels und das Notieren der Messwerte, damit sie in das Experiment mit eingebunden werden und ein rascher Ablauf sichergestellt werden konnte. Dabei belief sich der zeitliche Ablauf pro Proband auf 10 Minuten (1,5 min x 6 Vorgaben + 1 min Wechsel). Mit dem Wechsel der Probanden wurden dann auch die eben erwähnten zusätzlichen Aufgaben im Uhrzeigersinn gewechselt, so dass jeder einmal an jeder Station vertreten war. Unsere Aufgabe als Experimentleiter war die Kontrolle und Ansage der jeweiligen Schussgeschwindigkeiten an der Laptop-Station und durch Nach der Durchführung der Versuchsreihe hatten die Probanden 3 Minuten Zeit für das Einzeichnen der Graphen in die zu Beginn ausgeteilten Auswertungsbögen. Diese konnten sie gleichzeitig für die weitere Auswertung und Vorstellung des Experimentes in der Schule nutzen. Zum Abschluss erfolgte 2Minuten eineletzte kurze Auswertung inklusive Verabschiedung und Danksagung an die Schüler, so dass sich der gesamtezeitliche Aufwand pro Versuchsreihe (bei 4 Probanden) auf 47 Minuten belief. Mögliche zusätzliche Zeitfaktoren dabei können Umbau des Versuchs aufgrund verschiedener Schussbeine, häufiges Hochschießen des Balles oder allgemeine technische Probleme mit dem Lichtschrankenmessgerät sein. Bei der Versuchsreihe handelt es sich um eine Querschnittstudie mit sechs Bedingungen (6 verschiedene Ausholwinkel des Schussbeines) und einer abhängigen Variable (Schussgeschwindigkeit).
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