Dynamometrie - Vorlesungsnotizen 4 PDF

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Inhalt der Vorlesung Dynamometrie...

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Dynamometrie

Definition -Die Dynamometrie umfasst Methoden und Verfahren, die Messgrößen liefern, welche sich in Folge von Krafteinwirkungen proportional verändern. Dabei werden die Interaktionen zwischen dem Menschen und der Umwelt (Medium, Boden, Gerät) durch Messungen der an der Peripherie des Körpers in Erscheinung tretenden Reaktionskräfte quantifiziert.

Dynamometrie: Newton‘sche Axiome/Prinzipien/Gesetze Axiom = vielfach bestätigtes allgemeines Naturgesetz 1. Newton‘sches Axiom: Trägheitsgesetz 2. Newton‘sches Axiom: Beschleunigungsgesetz 3. Newton‘sches Axiom: Gegenwirkungsgesetz 4. Newton‘sches Axiom: Superpositionsgesetz

Grundlagen der Dynamometrie Zusammenhang von Kraftwirkung und Bewegung Das Grundgesetz der Mechanik:

Das Impulsgesetz der Mechanik:

Berechnung der Sprunghöhe über Flugzeit oder den Impuls:

→ translatorische Bewegungen: Die Wirkungslinie der Kraft geht durch den Körperschwerpunkt!

Wirkungslinien der Kraft F1 , F2 → Translationen F3 , F4 → Rotationen

Zusammenhang von Kraftwirkung und Bewegung →Bei drehbaren Körpern wird das Produkt aus der Größe der angreifenden Kraft F sowie deren senkrechtem Abstand r von der Drehachse (hier KSP) als Drehmoment bezeichnet.

→M = F * r Einheit: Nm

Abhängigkeit des Drehmoments (M) von der Gelenkstellung:

wenn: M1 = M2 = M3 mit Hebel / Kraftarm: r3 < r1 < r2 dann: F3 > F1 > F

Anwendung in der Biologie: Mechanische Wirkung von Sesambeinen am Bsp. der Patella wenn: M1 = M2P dann: F2P < F1 mit: r2P > r1 Ziel: Der Muskel soll über den ganzen Bewegungsweg hinweg mit einem adäquaten (dem Gelenkswinkel angepassten) Drehmoment belastet werden.

→ “Man gebe mir einen genügend langen Hebel und einen festen Standort im Weltall, und ich werde die Erde aus den Angeln heben."

-Unter einem Hebel versteht man einen starren, um eine Achse drehbaren Körper.

→ Es gilt die “Goldene Regel der Mechanik”: Was an Kraft gespart wird, muss an Weg zugesetzt werden.

Das Hebelgesetz Befinden sich Last und Kraft im Gleichgewicht, dann gilt : Kraft * Kraftarm = Last * Lastarm FM * rM = FR * rR

Grundlagen dynamometrischer Messsysteme

→ Kräfte können nur bei Bewegungsänderungen, Verformung oder bestimmten Gleichgewichtssituationen nachgewiesen werden. Kraftmessungen erfolgen meist anhand der Verformung an einem Messwertaufnehmer (Sensor).

Dehnmessstreifen (DMS): → Änderung des elektrischen Widerstandes und damit der gemessenen elektrischen Spannung in Strom durchflossenen Leitern in Abhängigkeit von der mechanischen Dehnung / Krafteinwirkung.

Piezoelektrischer Effekt: → Beim piezoelektrischen Effekt werden kleine Kristalle aus Quarz zusammengedrückt. Die molekulare Gitterstruktur wird auf den äußeren Druck so verschoben, dass die Kristalle mit elektrischen Ladungsveränderungen an der Oberfläche reagieren, die verstärkt und in Spannung umgewandelt werden und die proportional der einwirkenden Kraft sind.

Kraftmessung mit Piezosensoren: → Freiburger Beinkraftmessgerät zur eindimensionalen Krafterfassung der Beinstrecker

Zusammenfassung - Translatorische Bewegungen: Momentan wirkende Kräfte werden über das Grundgesetz der Mechanik berechnet: F = m * a. - Kräfte, die über eine gewisse Zeit wirksam sind, werden über den Impuls berechnet: F * t = m * v - Rotatorische Bewegungen: Momentan wirkende Kräfte werden über das Drehmoment berechnet: M = F * r. - Die Dynamometrie umfasst Methoden und Verfahren, die Messgrößen liefern, welche sich in Folge von Krafteinwirkungen proportional verändern. - Die Messtechnik der Dehnmessstreifen beruht auf Änderungen des elektrischen Widerstandes und diejenige der Piezo Kristalle auf Veränderungen elektrischer Ladungen, die der einwirkenden Kraft proportional sind....