"Jena-Swimmer" verbessert Delfinschlag beim Schwimmen
Forscher der Universität Jena entwickeln Modell zur Bewegungsanalyse von Schwimmern
Stefan Hochstein von der Friedrich-Schiller-Universität Jena will mit dem "Jena-Swimmmer" die Delfinbewegung bei Schwimmern untersuchen.
Foto: FSU
Am Bein entstehen bei der Schwimmbewegung Wirbelablösungen, die zum Energieverlust führen können.
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Jena (20.08.08) Man kann Michael Phelps mit seinen acht olympischen Goldmedaillen in Peking zu Recht als Goldfisch bezeichnen. Fische sind für eine schnelle Fortbewegung im Wasser bestens vorbereitet. Der Mensch hat sich auf eine Fortbewegung an Land spezialisiert und ist nicht primär für die Bewegung im Wasser konzipiert. Spitzenschwimmer wie Michael Phelps zeigen jedoch, dass diese evolutionsbedingten Nachteile durch eine ausgefeilte Technik zu minimieren sind.
Auch die Bewegungswissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena suchen in Zusammenarbeit mit Strömungsmechanikern der Technischen Universität - Bergakademie Freiberg danach, wie die Strömung in Natur und Technik beeinflusst werden kann. Um den Delfinschlag von Schwimmern nach dem Wendemanöver genauer untersuchen zu können, haben Prof. Dr. Reinhard Blickhan und Stefan Hochstein von der Universität Jena jetzt den "Jena-Swimmer" entwickelt.
"Laut Regelement muss ein Schwimmer nach dem Start und nach jedem Wendemanöver nach maximal 15 Metern Unterwasserphase wieder auftauchen. Dabei beginnt nach einer kurzen Gleitphase die sogenannte Undulation, eine wellenartige Bewegung des Körpers", weiß Physiker Stefan Hochstein. Der Schwimmer "schlängelt" sich wie ein Fisch - oder eben ein Delfin - durch das Wasser und erzeugt mit Hilfe dieser Körperwelle aktiv Vortrieb. Hier holen die Schwimmer oft entscheidende Zehntelsekunden heraus, die dann über eine Goldmedaille entscheiden.
Auf den ersten Blick hat der "Jena-Swimmer" nicht viel mit einem Körper gemein: An einem Ende des mit Drähten durchzogenen und mit Motoren bestückten Steuerungsapparates hängt ein Laptop, am anderen Ende ein 50 Zentimeter langes Kunststoffmodell. Dieses besteht aus fünf Segmenten, die im Maßstab von 1:5 Arme und Kopf, Oberkörper, Oberschenkel, Unterschenkel und Füße eines Schwimmers nachahmen. Über den Laptop werden die Motoren angetrieben, die wiederum über Achsen die einzelnen Segmente entsprechend der menschlichen Schwimmbewegung steuern.
Dass die Segmente einen menschlichen Bewegungsablauf simulieren, dafür sorgt ein von Prof. Blickhan entwickeltes Computerprogramm. "Als Grundlage der Simulation dienen die im vergangenen Jahr mit Leistungsschwimmern durchgeführten Untersuchungen der Bewegungsabläufe beim Delfinschlag", erklärt der Jenaer Lehrstuhlinhaber für Bewegungswissenschaft. Mit Hilfe dieser Messdaten, die im Versuchsbecken des Olympiastützpunktes Rhein-Neckar in Heidelberg erhoben wurden, ist es möglich, die Delfinbewegung beim Schwimmen mit dem "Jena-Swimmer" exakt nachzuahmen.
Im Herbst wird das neue Modell an der TU Freiberg in einen Strömungskanal gesetzt. Mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera werden kinematische Daten erfasst, die der sächsische Projektpartner anschließend auswerten wird. "Kanten des Körpers, wie sie beispielsweise beim Beugen der Knie entstehen, führen zur Ablösung von Wasserwirbeln, die wiederum den Energieverlust und die Verlangsamung des Vortriebs mit sich bringen", weiß Stefan Hochstein, der im Rahmen seiner Promotion den "Jena-Swimmer" erbaut hat. Mit Hilfe des Modells soll nun geklärt werden, wie diese Wirbelablösungen minimiert oder sogar nutzbar gemacht werden können. "Wir wissen bereits, dass bestimmte Wirbel, die bei der Delfinbewegung am Knie entstehen, später durch die Fußbewegung wieder zerschlagen werden und als Antrieb wirken können", zeigt Hochstein den Nutzen der Wirbel.
Die Ergebnisse des "Jena-Swimmer" sollen vor allen der Grundlagenforschung dienen und kinematische Erkenntnisse liefern. Zum anderen soll das Modell bei der Suche nach alternativen Antriebstechniken in Natur und Technik dienen. "Es wäre ein großer Fortschritt, wenn wir Erkenntnisse über neue Antriebsverfahren beispielsweise für die Schifffahrt erlangen würden", hofft der Physiker. Für den Schwimmsport könne der "Jena-Swimmer" von enormer Bedeutung sein, wenn es darum geht, wichtige Zehntelsekunden nach dem Wendemanöver zu sparen und damit vielleicht bald neue Weltrekorde aufzustellen.
Kontakt:
Dipl. Phys. Stefan Hochstein, Prof. Dr. Reinhard Blickhan
Lehrstuhl für Bewegungswissenschaft der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Seidelstraße 20, 07749 Jena
Tel.: 03641 / 945709
E-Mail: Stefan.Hochstein[at]uni-jena.de
