Biomekanik

Vad biomekanik är kan förklaras på olika sätt. Det går att förklara som tillämpningen av mekaniska principer på levande organismer, exempelvis människokroppen. Biomekanik handlar också om de fysiska lagar som beskriver kroppens rörelser och de krafter den utsätts för.  

Inom gymnastiken är biomekaniken ett av de viktigaste verktygen för att förstå och förändra rörelser och övningar, oavsett disciplin eller redskap. Med en förståelse för vad som sker i en övning eller rörelse utifrån ett mekaniskt perspektiv kommer du att bättre kunna: 

  • beskriva rörelser, positioner, faser och teknik  
  • förklara orsaker, mekanismer och principer 
  • analysera övningar genom att identifiera, hitta lösningar på och korrigera tekniska problem 
  • väga för- och nackdelar med olika tekniker 
  • minska risken för skador 

Förståelsen för biomekanik skapar bättre förutsättningar att förbättra prestationen och minska risken för skador. Kunskapen om biomekanik bidrar också till mer individuellt anpassad träning, såväl fysisk som teknisk.  

Biomekanik är den enskilt viktigaste komponenten inom fältet teknik, på ett sätt kan man säga att biomekanik ÄR teknik.  

Observera: När man använder handredskap agerar redskapen enligt samma mekaniska principer som den mänskliga kroppen.  

Aktiva och tränare som förstår en övningars mekaniska grunder kommer att mer framgångsrika efter som de annars ägnar sig åt gissningar! (Keith Russell, 2020)

Avsnitt 1: Viktiga begrepp

Illustrationen ovan är en bra bild hur vi INTE vill att biomekanik ska uppfattas eller förstås inom gymnastiken. Det väsentliga är inte att förstå eller kunna skriva formler och liknande, däremot är det viktigt att förstå hur biomekaniska principer påverkar din gymnastik.

I det här avsnittet förklarar vi en del viktiga begrepp som du behöver ha åtminstone en grundläggande kännedom om: gymnastikens rörelsemönster, tyngdpunkt, stödyta, kraft och kastparabel.  

Gymnastikens rörelsemönster

Gymnastikens rörelsemönster (GRM) är sedan 2019 utgångspunkten inom området teknik i Gymnastikförbundets tränarkurser. I modellen delas gymnastikens övningar in i sex olika rörelsemönster. De sex rörelsemönstren har sin grund inom biomekaniken, och de utgör basen för all gymnastisk och akrobatisk aktivitet. Varje rörelsemönster rymmer såväl enklare som svårare övningar och det är en fördel att träna många olika rörelsemönster för att bygga upp en allsidig motorisk och fysisk kompetens. 

Tyngdpunkt

I en stående position befinner sig din tyngdpunkt normalt sett strax under naveln. Tyngdpunkten kan flytta sig uppåt, nedåt eller åt sidorna beroende på hur du rör dina armar och ben, hur du lutar dig, och så vidare.  

Tyngdpunkten sitter alltså i mitten av all massa och det är den punkt runt vilken kroppens massa är lika fördelad i alla riktningar. I och med att tyngdpunkten är centrum av all massa så kan den ligga utanför kroppen om du till exempel står i brygga.  

Tyngdpunkten är även rotationscentrum. När du exempelvis gör en gör piruett eller en volt roterar din kropp därför runt tyngdpunkten. 

Stödyta

Kroppens stödyta är den yta av kroppen som har kontakt med underlaget (marken eller redskapet). Det kan vara en fot, händer, magen etcetera. Är det fler än en punkt som har kontakt med underlaget/redskapet, som till exempel när man ligger i planka, så är stödytan hela området mellan kontaktpunkterna.

Tyngdkraft och kastparabel

Så fort som en kropp, eller ett handredskap, befinner sig i luften kommer tyngdkraften att dra föremålets eller kroppens tyngdpunkt ned mot underlaget. Det gör att kroppen, eller handredskapet, bromsas på väg uppåt och accelereras på väg nedåt

Tyngdpunktens rörelsebana i luften följer en förutbestämd bana som kallas en parabel (som kan beräknas matematiskt). När en  elitaktiv inom rytmisk gymnastik har släppt sitt handredskap i ett kast kan inte tyngdpunktens bana förändras, förutsatt att inga yttre krafter eller föremål påverkar den. Samma sak gäller efter att ha ”släppt taget” från exempelvis ett räck eller stämt ifrån från en trampett eller en DMT. Eftersom tyngdpunktens bana inte kan förändras i luftfasen avgörs den av kastets, stämmets eller släppets riktning, höjd och hastighet.

Förståelse för krafter

Per definition är en kraft ”något som orsakar en kropps rörelseförändring eller orsakar förändring av kroppars form”. Ludwig Schweizer på den idrottsvetenskapliga institutionen vid universitetet i Freiburg, under många år anlitad av det internationella gymnastikförbundet FIG, har sagt: ”Krafter är ett mekaniskt fenomen som vi ständigt möter i vardagen. Även inom gymnastikens olika discipliner hjälper en djupgående kunskap om krafternas effekter - att bättre kunna förstå rörelser och att göra träningen mer effektiv och målinriktad.”

Vi skiljer på yttre och inre krafter. Inre krafter är muskelkrafter, dragkrafter i senor och ligament, tryckkrafter i leder och liknande krafter som sker inuti kroppen. När en muskel drar ihop sig uppstår en kraft som via senorna påverkar de skelettdelar som muskeln fäster vid. Under normala omständigheter kan dessa vävnader motstå dom yttre krafter som dom utsätts för, men om krafterna blir för stora kommer skador i ben, muskler, senor eller ligament att uppstå.  

Yttre krafter är de krafter som påverkar kroppen utifrån, t.ex. tyngdkraft (gravitation), friktionskraft och normalkraft. En tränares muskelkraft när han eller hon passar en gymnast är också en yttre kraft. 

Aktions- och reaktionskrafter

Den kanske viktigaste principen inom gymnastiken är Newtons tredje lag om aktion och reaktion. Den säger att för att en kraft ska uppstå så krävs alltid två föremål som påverkar varandra. Krafterna kallas för varandras aktions- och reaktionskrafter. Den ena kraften verkar på det ena föremålet och den andra kraften på det andra föremålet. Krafterna är exakt lika stora och motriktade.   

När en muskel drar sig samman uppstår exakt lika stora krafter i muskelns två ändar, ursprung och fäste. Krafterna är motriktade och lika stora. När stora bröstmuskeln drar i armen, drar den lika mycket åt andra hållet i bröstkorgen. Armarna rör sig åt ett håll och bröstkorgen vill åt motsatt håll. Vi får en motrörelse på kroppen i förhållande till armarna.  

Aktion och reaktion kan både ske inom och utanför kroppen. Ett exempel på aktion och reaktion utanför kroppen är att kraften du påverkar trampolinduk och fjädrar med är lika stor som kraften som trampolinduken och fjädrarna påverkar dig med. 

Exempel på aktions- och reaktionskrafter i ringar och i hopp

Kraft mäts i newton (N), en enhet namngiven efter fysikern Isaac Newton. En newton motsvarar kraften som krävs för att accelerera ett objekt på 1 kg med 1 meter/sekund2. Om du släpper 1 kg som får falla fritt kommer hastigheten att öka med nästan 10 m/s (egentligen 9,81 m/s, som är jordaccelerationen) för varje sekund vikten faller fritt. Det betyder att kraften på 1 kg vid fritt fall måste vara nästan 10 N, eller mer exakt 9,81 N. Med en burk läsk (33 cl) i handen får du en ungefärlig uppfattning om hur kraften 3 N känns. En fylld halvlitersflaska ger dig en uppfattning om kraften 5 N. En gymnast som väger 60 kg har alltså en viktkraft på 600 N.  

I biomekaniska sammanhang är det många gånger användbart att uttrycka krafterna som en multipel av kroppsvikten. Lätta och tunga gymnaster erfar samma (relativa) viktkraft, 1 G, när de står helt stilla på marken.  

Under de snabba rörelserna som sker inom gymnastiken är de pågående krafterna aldrig konstanta. Beroende på rörelsens dynamik kan de dock nå väldigt höga högstanivåer, exempelvis i botten av räcket eller trampolinduken.  

Högstanivåerna vid landningar uppnås under mindre än 15 millisekunder efter den inledande kontakten med landningsmattan. Samtidigt vet vi att musklernas spänning inte kan anpassas under en så kort tidsrymd. Det innebär att du måste vara klar med din övning betydligt tidigare än direkt före landningen för att, genom förberedande spänning (landningsförberedelse), du ska kunna möta de stora krafterna.  

I tabellen nedan finns ett antal exempel på högst uppmätta krafter inom gymnastiken.  

Källor: Schweizer (2021) och Fink (2021)

Tänk på din egen träning och fundera på:

  • Vilka gymnastikens rörelsemönster använder du vanligen på ett träningspass? 
  • Ser du någon poäng i att träna vissa rörelsemönster mer än vad du gör idag? 
  • I vilka övningar, i din träning, använder du aktions- reaktionskraft?