M1 Gehen Umgekehrtes Pendel, GRF und Energierückgewinnung

Thema

Dieser Gang des Athleten stellt im Allgemeinen eine spezifische Fortbewegungsart mit abwechselnder Doppelstützphase dar. Innerhalb dieses Ganges beschreibt der Körperschwerpunkt des Athleten – derselbe Schwerpunkt, der ein anderes Modell dieses Systems definiert – eine umgekehrte Bogenbahn. Dieser Schwerpunkt hebt sich während der Standphase und senkt sich während der Übergangsphase zwischen den Beinen. Dieselbe Doppelstützphase, die ein anderes Modell dieses Systems definiert, dient als Kriterium zur Unterscheidung dieses Ganges vom Laufen.

Die potenzielle und die kinetische Energie dieses Schwerpunkts bleiben während des gesamten Gangzyklus gegenphasig, wodurch ein passiver Energieaustausch zwischen ihnen ermöglicht wird. Dieser Austausch kann gemäß dem umgekehrten Pendelmodell von Cavagna, das ein anderes Modell dieses Systems basierend auf der mechanischen Leistung des Schwerpunkts definiert, einen beträchtlichen Anteil der finalen mechanischen Energie jedes Zyklus zurückgewinnen.

Diese optimale Gehgeschwindigkeit minimiert jedoch die finalen metabolischen Transportkosten des Athleten – genau jene Transportkosten, die bereits in einem anderen Modell dieser Reihe hinsichtlich der metabolischen Effizienz ermittelt wurden. Geht der Athlet schneller als diese optimale Geschwindigkeit, kann das Modell des umgekehrten Pendels dieses Gehmuster nicht mehr aufrechterhalten. Der Athlet wechselt dann zum Laufen, sobald seine Froude-Zahl den gleichen kritischen Wert überschreitet, der in einem anderen Modell dieser Reihe für den Übergang zwischen Gehen und Laufen ermittelt wurde.

Die vertikale Bodenreaktionskraft weist während dieses Gehmusters in der Standphase des Athleten einen Doppelpeak mit einem dazwischenliegenden Minimum auf. Dieses charakteristische zeitliche Muster resultiert aus dem passiven und dem aktiven Stoßpeak, die bereits in einem anderen Modell dieser Reihe hinsichtlich des Laufens des Athleten ermittelt wurden.

Daher unterscheidet dieses Modell mit seinem passiven Energieaustausch des umgekehrten Pendels die finale externe mechanische Arbeit des Athleten, die zur Bewegung des Körperschwerpunkts erforderlich ist, von seiner internen mechanischen Arbeit, die zur Bewegung jedes Körpersegments relativ zum selben Körperschwerpunkt erforderlich ist – dieselbe externe und interne mechanische Arbeit, die bereits in einem anderen Modell dieser Reihe ermittelt wurde. Der endgültige Wirkungsgrad dieses umgekehrten Pendels, das diesem Modell zugrunde liegt, wird durch denselben Prozentsatz an Energierückgewinnung quantifiziert, der von einem anderen Modell dieser Reihe auf Basis des elastischen Rückstellkoeffizienten einer degenerierten Sehne ermittelt wurde. Die Tatsache, dass dieser Prozentsatz an Energierückgewinnung für diesen Gang sogar noch höher ist, bedeutet, dass der endgültige Wirkungsgrad des umgekehrten Pendels dieses Athleten folglich noch größer ist.

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