Warum Physik und nicht Biomechanik die menschliche Wurfgenauigkeit bestimmen

Hier ist eine einfache Frage. Stellen Sie sich vor, Sie werfen einen Ball in einen Mülleimer. Ist es besser, einen Über- oder Unterarmwurf zu verwenden?

Es stellt sich heraus, dass diese Frage sowohl für Physiker als auch für Biomechaniker überraschend schwer in den Griff zu bekommen ist. Heute jedoch werfen Madhusudhan Venkadesan und Lakshminarayanan Mahadevan vom Applied Math Lab der Harvard University zusätzliches Licht auf das Problem.

Die Schwierigkeit liegt in der Komplexität des Problems. Arm, Schulter und Handgelenk bilden ein vielgliedriges System, das eine Vielzahl von Variationen des Wurfstils ermöglicht. Außerdem sind die Parameter beim Werfen schwer zu vergleichen. Zum Beispiel lässt sich ein 5-Prozent-Fehler beim Wurfwinkel nicht leicht mit einem 5-Prozent-Fehler bei der Wurfgeschwindigkeit vergleichen, weil diese Größen unterschiedliche Dimensionen haben. Es ist, als würde man Äpfel und Bananen vergleichen.

Venkadesan und Mahadevan können dieses Rätsel geschickt umgehen. Zunächst betrachten sie nur die einfachste Art des Wurfmodells: einen Arm, der aus einem an der Schulter schwenkbaren Hebel besteht, der entweder unter- oder überarm werfen kann. Diese Würfe können durch zwei Parameter beschrieben werden: die Winkelgeschwindigkeit des Schwungs und den Winkel des Arms beim Auslösen. Zweitens führen sie eine natürliche Längenskala ein, die Armlänge genannt wird, und verwenden diese, um ihre Analyse von Startwinkel und Geschwindigkeit dimensionslos zu machen.

Auf diese Weise haben sie ein einfaches Modell, in dem die Fehler in den Startparametern leicht verglichen werden können.

Was sie finden, ist irgendwie merkwürdig.

Jeder Wurf hat kleine Fehler in Startwinkel und Geschwindigkeit. Die Frage, die Venkadesan und Mahadevan stellen, ist, wie unterschiedliche Flugbahnen diese Fehler nach dem Start verstärken.

Das interessanteste Ergebnis ist, dass es einen klaren Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit gibt: langsamere Würfe sind besser. Das stimmt mit den meisten Wurferfahrungen überein und auch mit dem Berg an Messdaten, der zu diesem Thema bereits existiert. Bisher herrscht jedoch Einigkeit darüber, dass langsamere Würfe aufgrund der Einschränkungen unseres Körpers genauer sind. Die Überlegung ist, dass die Leistung der Muskeln bei höheren Kräften lauter ist und dies die Genauigkeit schnellerer Würfe verringert.

Das Ergebnis von Venkadesan und Mahadevan wird also überraschen, da der Kompromiss zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit ausschließlich von der Art und Weise abhängt, wie die Flugbahn Fehler verstärkt – das Muskelverhalten spielt keine Rolle. Das Ergebnis stammt eher aus der Physik als aus der Biologie.

Venkadesan und Mahadevan haben ein weiteres interessantes Ergebnis: Wenn es um schnellere Würfe geht, ist die Überarmaktion deutlich genauer. Das wird auch mit der Erfahrung vieler Leute übereinstimmen, aber auch hier hat es wenig mit Biomechanik zu tun. Das Ergebnis ergibt sich ausschließlich aus der Art und Weise, wie verschiedene Trajektorien Fehler verstärken.

Die Arbeit bietet Sportwissenschaftlern einige potenziell lohnende Möglichkeiten, die Genauigkeit des Werfens in komplexeren Modellen zu untersuchen, die die Mechanik der menschlichen Wurfaktion besser reproduzieren. Das wird interessant zu beobachten sein.

In der Zwischenzeit weisen Venkadesan und Mahadevan darauf hin, dass die allgemeine Vorliebe des Menschen für das Überarmwerfen kein Zufall ist. Sie werfen die faszinierende Möglichkeit auf, dass der Grund, warum wir im Vergleich zu anderen Tieren so gut im Überarmwerfen sind, darin besteht, dass der Evolutionsprozess unsere Körperform so ausgewählt hat, dass sie die beteiligte Physik am besten ausnutzt. Das Denken ist, dass bessere Werfer bessere Jäger sind, die mit größerer Wahrscheinlichkeit überleben. Gute Idee!

Ref: arxiv.org/abs/1008.1442 : Optimale Strategien für genaues Werfen

verbergen