Ziel der Arbeiten war die Verbesserung des Verständnisses vom Abdruckmechanismus im Eisschnelllauf. Dazu wurde eine Vorwärtssimulation mit einem aus vier Körpersegmenten und sechs Muskeln bestehenden Modells durchgeführt. Begonnen wurde mit einem simulierten maximalen Sprung mit einem Bein, der durch die Optimierung der Muskelstimulationszeiten ermittelt wurde. Der simulierte Sprung war dem vom Menschen auf einem Bein ausgeführten Sprung sehr ähnlich. Das führte zur Schlußfolgerung, dass das Modell sehr realitätsnah war. Danach wurde untersucht, wie die Leistung von vier verschiedenen Faktoren, die im Eisschnelllauf eine Rolle spielen, beeinflußt wird: 1. wurde die Ausgangsposition von der beim Sprung zu der beim Start im Eisschnelllauf verändert. Das erfolgte, in dem der Stimulationsansatz der Plantarbeuger in der optimalen Auflösung verzögert wurde. 2. wurde die Reibung zwischen Fuß und Belag auf Null verringert. Im Ergebnis verringerte sich die maximale Sprunghöhe um 1.2 cm und die Leistung reagierte empfindlicher auf Fehler in der Muskelstimulation. Der Ursache dafür ist, dass ohne Oberflächenreibung der Fuß davor geschützt werden musste, wegzurutschen, was Einfluss auf den Lösungsraum hatte und die Toleranz für Stimulationsfehler verminderte. 3. Es wurde die Bedingung eingeführt, dass sich der Oberkörper in einer mehr oder weniger horizontalen Haltung befinden musste. Diese Veränderung konnte durch eine Verzögerung des Stimulationsbeginns der ischiokruralen Muskulatur erreicht werden, was zwangsläufig zu einer Verminderung der maximalen Sprunghöhe um 11.6 cm führte. 4. Wir vergrößerten die effektive Fußlänge von 16.5 cm - repräsentativ für die Sprünge - auf 20.5 cm, repräsentativ für das Eislaufen mit Klappschlittschuhen. Mit 20.5 cm Fußlänge begann die Rotation des Fußes nicht während des Aufbaus des Plantarflexionsmoments, was aber bei kürzerer Fußlänge passierte. Das passierte unter diesen Bedingungen später, erst als die Hüft- und Kniestreckungsmomente absanken. Das führte zu einem nicht ausgewogenen Anstieg der segmentalen Winkelgeschwindigkeiten und der Muskelverkürzungsgeschwindigkeiten, was zu einem Abfall der Muskelkraft und der muskulären Arbeit führte und zu einem weiterem Abfall der maximalen Sprunghöhe um ca. 5 cm. Qualitativ helfen diese Erkenntnisse bei der Verbesserung des Verständnisses warum und wie die Leistung von Eisschnellläufern von der Position des Scharniers am Klappschlittschuh abhängt. To gain a better understanding of push-off mechanics in speed skating, forward simulations were performed with a model comprising four body segments and six muscles. We started with a simulated maximum height one-legged jump, obtained by optimization of muscle stimulation time histories. The simulated jump was very similar to one-legged jumps produced by a human, indicating that the model was realistic. We subsequently studied how performance was affected by introducing four conditions characteristic of speed skating: (a) We changed the initial position from that in jumping to that at the start of the push-off phase in skating. This change was accommodated by a delay in stimulation onset of the plantar flexors in the optimal solution. (b) The friction between foot and ground was reduced to zero. As a result, maximum jump height decreased by 1.2 cm and performance became more sensitive to errors in muscle stimulation. The reason is that without surface friction, the foot had to be prevented from slipping away, which constrained the solution space and reduced the tolerance to errors in stimulation. (c) We introduced the requirement to maintain the upper body in a more or less horizontal position. This change could be accommodated by a delay in stimulation onset of the hamstrings, which inevitably caused a reduction in maximum jump height by 11.6 cm. (d) We increased the effective foot length from 16.5 cm, representative of jumping, to 20.5 cm, representative of skating with klapskates. At the 20.5-cm foot length, rotation of the foot did not start during the buildup of plantar flexion moment as it did at smaller foot lengths, but was delayed until hip and knee extension moments decreased. This caused an unbalanced increase in segment angular velocities and muscle shortening velocities, leading to a decrease in muscle force and muscle work and a further decrease in maximum jump height by approximately 5 cm. Qualitatively, these findings help clarify why and how performance of speed skaters depends on the location of the hinge of their skate.
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