Sport-BiologieSport-Biologie

Kraft bezeichnet die Fähigkeit durch Kontraktion der Muskeln Widerstände zu überwinden (konzentrische Arbeit), ihnen entgegenzuwirken (exzentrische Arbeit) oder sie entgegengesetzt der Schwerkraft zu halten (statische Arbeit).

Muskeln

Die körperliche Fitness eines Menschen wird durch zwei Faktoren bestimmt. Das eine ist die Querschnittsfläche der Muskelfaser und das andere die Art der Muskelfaser. Personen mit einem höheren Anteil an langsamen Muskelfasern vom Typ I haben weniger Muskelkraft und eine höhere Ausdauer als ähnliche Personen mit einem höheren Anteil an schnellen Muskelfasern vom Typ II.

Der helle (weiße) Muskelfasertyp (Typ I, FT (fast twitch) kann sehr schnell reagieren und ermöglicht kräftige Kontraktionen. Er ermüdet aber schnell.

Der dunkle (rote) Muskelfasertyp (Typ II, ST (slow twitch) spricht auf Reize langsamer an, hat dabei eine längere Kontraktionszeit, aber er ermüdet sehr viel langsamer.

In der Biomechanik zeigt das Kleibersche Gesetz den Zusammenhang zwischen Muskelkraft und der Körpermasse eines Menschen. Grob gesagt ist die Stärke eines Muskels proportional zur Anzahl der im Muskel vorhandenen Muskelfasern, oder einfacher gesagt, zu seinem Querschnitt.

Muskelkraft wird entweder direkt – etwa beim Laufen – oder in Muskelkraftmaschinen wie dem Fahrrad eingesetzt.
Sportliches Training trägt zur Verbesserung der Muskelkraft bei, insbesondere durch Muskelaufbau (Krafttraining). Im Bereich der Ergonomie wird üblicherweise eine Kraftkapazitätsanalyse durchgeführt, bei der eine bestimmte Aufgabe bewertet wird (z. B. eine Last heben, einen Wagen schieben usw.).

Definition

Absolute Kraft

Das höchstmögliche Kraftpotential, das ein Muskel aufgrund seines Querschnitts und seiner Qualität zur Verfügung hat. Neben der willkürlich entwickelbaren Kraft kommt die Möglichkeit der autonom geschützten Reserven hinzu.

Relative Kraft

Die relative Kraft ist die maximale Kraft, die ein Sportler im Verhältnis zu seinem Körpergewicht entwickeln kann. (Also Relative Kraft = Maximalkraft / Körpergewicht).

Arten

Es können wir vier Arten von Kraft unterschieden werden. Einige Trainingsprogramme kombinieren sie in derselben Sitzung oder trainieren sie abwechselnd in Form eines Zyklus.

Physik

In der Physik ist eine Kraft eine Einwirkung, die ein Objekt dazu bringen kann, seine Geschwindigkeit zu ändern, d. h. zu beschleunigen, oder der Richtung bedeutet, sofern dies nicht durch andere Kräfte ausgeglichen wird. Das Konzept der Kraft macht den alltäglichen Begriff des Schiebens oder Ziehens mathematisch präzise. Da sowohl die Größe als auch die Richtung einer Kraft wichtig sind, ist die Kraft eine vektorielle Größe.

Die SI-Maßeinheit der Kraft ist das Newton (N = kg·m·s−2). Das Formelzeichen der Kraft ist meist F (von lat. fortitudo oder engl. force) oder selten K nach dem deutschen Wortanfang.

Die Biomechanik fasst die Körperkräfte als physikalische Kräfte auf und untersucht sie mit entsprechenden Methoden.

Für die Bewegungswissenschaft ist Körperkraft (Kraft) vor allem Muskelkraft. Kraft wird darüber hinaus im Prinzip der Anfangskraft und im Prinzip der Gegenwirkung definiert. Zu den Randbedingungen gehören das Prinzip der Anfangskraft und das Prinzip der Gegenwirkung.

Obiter Dicta: Wo ein Körper ist, kann kein zweiter sein (alter Physiker-Spruch).

Arbeit

Die Definition der mechanischen Arbeit lautet W = F · s oder Arbeit ist gleich Kraft mal Weg (das Formelzeichen W entsteht aus englisch work). Dabei wirkt die Kraft F auf einen Körper, der in Richtung dieser Kraft eine Strecke der Länge s zurücklegt.
Dimension und SI-Einheit (Joule (J) = kg·m2·s−−2) sind für Arbeit, Wärme und Energie identisch.

Von der Einteilung in Muskelkraft, Massenkraft und Aktionskraft (Körperkraft (historisch Leibeskraft)) ausgehend wird in DIN 33411-1 folgendes hierarchische Begriffssystem aufgestellt, das insbesondere in der Arbeitswissenschaft und der Ergonomie angewendet wird:

Leistung

Als physikalische Größe spiegelt Leistung sowohl die Vorstellung einer materiellen Veränderung im Universum als auch die Zeit wider, die erforderlich ist, um diese Veränderung herbeizuführen. Dabei wird Leistung von Arbeit unterschieden, die nur die Veränderung berücksichtigt, nicht aber die notwendige Dauer.

Wenn also eine schwere Last eine Treppe hinaufgetragen wird, wird die gleiche Arbeit verrichtet, unabhängig davon, ob der Träger dies im Gehen oder im Laufen tut; die im zweiten Fall erforderliche Leistung (Energieumsatz pro Zeitspanne) ist jedoch größer, da die Zeit, in der diese Arbeit verrichtet wird, kürzer ist.

Die Leistung (P, von englisch power) ist die Geschwindigkeit, mit der Arbeit (oder Energie, s.o.) verrichtet wird, sie ist also die zeitliche Ableitung der Arbeit: P = Δ W / Δ t wobei W die Arbeit und t die Zeit ist.

Beispiele: Wird eine Energie von 1 Kilowattstunde in einer Zeitspanne von 1 Stunde bezogen, dann beträgt die Leistung 1 Kilowatt.
Eine Person mit einer Masse von 100 kg, die in 5 Sekunden eine 3 Meter hohe Leiter hinaufsteigt, verrichtet eine Arbeit von etwa 600 Watt (1 Watt = 1 Joule / s). Die Energie beim Treppensteigen ist durch Masse mal Erdbeschleunigung mal Höhe geteilt durch die Zeit gegeben. Setzt man m = 100 kg, g = 9,8 m/s2 und h = 3 m, erhält man 2940 J. Dividiert man dies durch die benötigte Zeit (5 s), erhält man eine Leistung (Arbeitsrate ) von 588 W.

Energie

Die Begriffe Leistung und Energie sind eng miteinander verbunden, aber unterschiedliche physikalische Größen. Leistung ist die Rate, mit der Energie erzeugt oder verbraucht wird, und wird daher in Einheiten (z. B. Watt) gemessen, die Energie pro Zeiteinheit darstellen.

Wenn zum Beispiel eine Glühbirne mit einer Leistung von 100 W für 1 Stunde eingeschaltet ist, beträgt die verbrauchte Energie 100 Wattstunden (W·h), 0,1 Kilowattstunden oder 360 kJ. Die gleiche Energiemenge würde eine 50-Watt-Glühbirne 2 Stunden lang betreiben.

Wärmeleistung ist die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch eine isotherme Oberfläche fließt. Es handelt sich also um einen Wärmestrom, der in Watt ausgedrückt wird, wobei die Wärmemenge in Joule und die Zeit in Sekunden ausgedrückt wird. Eine veraltete Einheit ist die Kilokalorie pro Stunde (kcal/h).

Die Wattleistung einer Lampe ist die Energiemenge, die die Lampe verbraucht. Lumen hingegen geben die Menge an Licht an, das eine Lampe emittiert. Durch sprachlichem Missbrauch wird die Leistung dem Objekt zugeschrieben, das sie umwandelt, z. B. eine 100 Watt Lampe. Präziser ist die Formulierung: Die maximale Leistung einer Glühlampe, die mit 230 V unter normalen Betriebsbedingungen betrieben wird, beträgt 100 W.
5 % der elektrischen Energie die eine Glühlampe aufnimmt werden tatsächlich für die Beleuchtung verwendet; der Rest wird in Form von Wärme abgegeben.