Hoofdstuk 1: Inleiding tot de biomechanica
het domein van de biomechanica afbakenen
voorbeelden geven van verschillende toepassingen van de biomechanica
de verschillende takken binnen de biomechanica opsommen en definiëren
1. Biomechanica: Definiëring en domeinbepaling
Biomechanica is de toepassing van de principes van de mechanica (die steunt op de wetten van
Newton) op biologische systemen. In het geval van de kinesitherapeut richt het biomechanisch
onderzoek zich op de analyse van de vorm en de functie van het musculoskeletaal systeem (het
bewegingsapparaat) van de mens.
Kinesiologie (synoniem voor biomechanica) betekent de studie van de beweging. Dit omvat
naast biomechanica ook lichamelijke opvoeding, inspanningsfysiologie, motorisch leren,
pedagogie en sportpsychologie.
Biomechanica laat je toe om houdings- en bewegingskenmerken die je observeert ook
kwantitatief uit te drukken.
Biomechanische principes spelen dan ook, onder andere, een belangrijke rol bij:
- Het verbeteren van sportprestaties
- Het op punt stellen van sportuitrusting Het voorkomen van sportletsels
- Ergonomie
- Revalidatie en rehabilitatie
- Behouden van fysieke fitness
- Plannen van interventies
- Ontwerpen van orthesen en prothesen
2. Biomechanica binnen de opleiding revalidatiewetenschappen en kinesitherapie
Om te begrijpen hoe het lichaam in staat is om houdingen aan te nemen, moet de kracht- en
momentwerking rond een gewricht beschouwd worden. Om kracht- en momentwerking te
begrijpen is het belangrijk om begrippen zoals het segmentaal zwaartepunt, massa,
massamiddelpunt en momentarm te definiëren. De werking van hefbomen in het menselijk
lichaam wordt beschouwd. Op het einde worden meer dynamische situaties bekeken met
aandacht voor begrippen zoals traagheid, inertiemoment en momentum.
3. De neuro-mechanische visie op beweging
Het niveau van neurale controle: op dit niveau vinden alle processen plaats in het centrale
zenuwstelsel die bijdragen aan de controle van beweging (informatieverwerking, planning van de
bewegingsuitvoering, uitsturen van commando’s naar het musculoskeletaal systeem)
Het niveau van mechanische controle: op dit niveau wordt gekeken naar het musculoskeletaal
systeem; beweging is het resultaat van het evenwicht tussen de gegenereerde spierkrachten en
andere interne (wrijving, contactkrachten, trekkrachten in pezen en ligamenten) en externe (de
zwaartekracht, contactkrachten, de grondreactiekracht) krachten. De mechanische
eigenschappen (de massa, de inertie, fysiologische kenmerken van de spier) zijn mede bepalend
voor het bewegingsresultaat.
, Het niveau van de collectieve output: Op dit niveau situeert zich het uiteindelijke
bewegingsresultaat, het collectieve resultaat van alle bovenliggende controle processen (neuraal
+ mechanisch). Elke actie is een combinatie van bewegingscoördinatie en houdingsregulatie.
Biomechanica is de discipline die toelaat bewegingen te beschrijven, analyseren en beoordelen.
De kinematica is de tak van de biomechanica die een beschrijving oplevert van het
bewegingspatroon. Bewegingen worden beschreven aan de hand van de lineaire of angulaire
positie, snelheid en versnellingen van het lichaam of de lichaamssegmenten.
Het verwerven van inzichten in de oorzaken van de bewegingen, is het domein van de kinetica.
Het zijn krachten, en krachtmomenten, die beschouwd worden als de directe oorzaken van
beweging. Kinetische (dynamische) analyses brengen inzicht in de mechanismen van beweging,
de bewegingsstrategieën en mogelijke compensaties door het neurale systeem.
De koppeling tussen de geleverde kracht (of het krachtmoment) en het en het uiteindelijke
bewegingsresultaat, wordt bepaald door de vormeigenschappen van het menselijk lichaam: de
afmetingen, massa en inertiële eigenschappen van het lichaam en de lichaamssegmenten. Dit is
het domein van de antropometrie.
Als laatste zijn er de mechanische eigenschappen van de spier zelf, die bepalend zijn voor de
kracht die geleverd kan worden. De mogelijke krachtoutput van een spier is afhankelijk van zijn
lengte en de snelheid van contractie. Naast deze actieve kenmerken, spelen ook de passieve
eigenschappen van het spierpees complex een rol, zoals de massa, elasticiteit en viscositeit.
Meestal wordt zo’n biomechanisch model gebruikt om op basis van kinematische
gegevens (posities, snelheden en versnellingen van anatomische
referentiepunten) in combinatie met data over externe krachten, de interne
gewrichts-reactiekrachten, gewrichtsreactie-momenten, de mechanische energie en het
vermogen de berekenen. Dit is gekend als de invers dynamische analyse.
Op basis van beschikbare kinetische gegevens wordt een model ontwikkeld dat toelaat om de
vraag te beant-woorden “Wat zou er gebeuren als …” Deze manier van synthese (of
forward modellering) heeft veel potentieel maar vereist dat er zeer accurate modellen van
het menselijk lichaam gebruikt worden, om tot bruikbare voorspellingen te komen.
4. Wiskunde in de biomechanica
4.1. Driehoeken en de stelling van Pythagoras
De stelling van Pythagoras geeft een verband tussen de lengten van de zijden van een
rechthoekige driehoek. In een rechthoekige driehoek is de som van de kwadraten van
de lengtes van de rechthoekszijden gelijk aan het kwadraat van de lengte van
de schuine zijde.
4.2. Overstaande hoeken en enkele andere nuttige relaties
Als twee rechte lijnen elkaar snijden, ontstaan overstaande hoeken. Deze
overstaande hoeken zijn even groot.
, Wanneer twee evenwijdige lijnen een rechte snijden, bekomen we ook hoeken die gelijk
zijn. Deze hoeken noemen we F-hoeken en Z-hoeken
4.3. De goniometrische cirkel
In de wiskunde is een eenheidscirkel of goniometrische cirkel een cirkel in het xy-vlak om de
oorsprong (0,0), waarvan de straal de waarde 1 heeft. De eenheidscirkel wordt gebruikt bij
de definitie van de sinus en de cosinus.
, De hellingshoek berekenen. De lengte van de aanliggende zijde bedraagt 10. De lengte van
de overstaande zijde bedraagt 7.
4.4. Omrekenen van graden naar radialen (en omgekeerd)
Graden en radialen zijn twee manieren om hoeken te meten. Intuïtief werken we met
graden, maar de SI eenheid is de radiaal! De reden hiervoor is dat het bij wiskundige
berekenen vaak beter is om te werken met radialen.
Een cirkel kan worden opgedeeld in 360° of, het equivalent hiervan, 2 radialen. Dit
betekent dat een halve cirkel, of 180°, gelijk is aan radialen.
Om een hoek om te zetten van graden naar radialen, vermenigvuldig je het dus met /180°.
Omgekeerd, om een hoek te converteren van radialen naar graden vermenigvuldig je de
waarde van de radiaal met 180/.
4.5. Oplossen van vergelijkingen van de eerste graad met 1 onbekende x
het domein van de biomechanica afbakenen
voorbeelden geven van verschillende toepassingen van de biomechanica
de verschillende takken binnen de biomechanica opsommen en definiëren
1. Biomechanica: Definiëring en domeinbepaling
Biomechanica is de toepassing van de principes van de mechanica (die steunt op de wetten van
Newton) op biologische systemen. In het geval van de kinesitherapeut richt het biomechanisch
onderzoek zich op de analyse van de vorm en de functie van het musculoskeletaal systeem (het
bewegingsapparaat) van de mens.
Kinesiologie (synoniem voor biomechanica) betekent de studie van de beweging. Dit omvat
naast biomechanica ook lichamelijke opvoeding, inspanningsfysiologie, motorisch leren,
pedagogie en sportpsychologie.
Biomechanica laat je toe om houdings- en bewegingskenmerken die je observeert ook
kwantitatief uit te drukken.
Biomechanische principes spelen dan ook, onder andere, een belangrijke rol bij:
- Het verbeteren van sportprestaties
- Het op punt stellen van sportuitrusting Het voorkomen van sportletsels
- Ergonomie
- Revalidatie en rehabilitatie
- Behouden van fysieke fitness
- Plannen van interventies
- Ontwerpen van orthesen en prothesen
2. Biomechanica binnen de opleiding revalidatiewetenschappen en kinesitherapie
Om te begrijpen hoe het lichaam in staat is om houdingen aan te nemen, moet de kracht- en
momentwerking rond een gewricht beschouwd worden. Om kracht- en momentwerking te
begrijpen is het belangrijk om begrippen zoals het segmentaal zwaartepunt, massa,
massamiddelpunt en momentarm te definiëren. De werking van hefbomen in het menselijk
lichaam wordt beschouwd. Op het einde worden meer dynamische situaties bekeken met
aandacht voor begrippen zoals traagheid, inertiemoment en momentum.
3. De neuro-mechanische visie op beweging
Het niveau van neurale controle: op dit niveau vinden alle processen plaats in het centrale
zenuwstelsel die bijdragen aan de controle van beweging (informatieverwerking, planning van de
bewegingsuitvoering, uitsturen van commando’s naar het musculoskeletaal systeem)
Het niveau van mechanische controle: op dit niveau wordt gekeken naar het musculoskeletaal
systeem; beweging is het resultaat van het evenwicht tussen de gegenereerde spierkrachten en
andere interne (wrijving, contactkrachten, trekkrachten in pezen en ligamenten) en externe (de
zwaartekracht, contactkrachten, de grondreactiekracht) krachten. De mechanische
eigenschappen (de massa, de inertie, fysiologische kenmerken van de spier) zijn mede bepalend
voor het bewegingsresultaat.
, Het niveau van de collectieve output: Op dit niveau situeert zich het uiteindelijke
bewegingsresultaat, het collectieve resultaat van alle bovenliggende controle processen (neuraal
+ mechanisch). Elke actie is een combinatie van bewegingscoördinatie en houdingsregulatie.
Biomechanica is de discipline die toelaat bewegingen te beschrijven, analyseren en beoordelen.
De kinematica is de tak van de biomechanica die een beschrijving oplevert van het
bewegingspatroon. Bewegingen worden beschreven aan de hand van de lineaire of angulaire
positie, snelheid en versnellingen van het lichaam of de lichaamssegmenten.
Het verwerven van inzichten in de oorzaken van de bewegingen, is het domein van de kinetica.
Het zijn krachten, en krachtmomenten, die beschouwd worden als de directe oorzaken van
beweging. Kinetische (dynamische) analyses brengen inzicht in de mechanismen van beweging,
de bewegingsstrategieën en mogelijke compensaties door het neurale systeem.
De koppeling tussen de geleverde kracht (of het krachtmoment) en het en het uiteindelijke
bewegingsresultaat, wordt bepaald door de vormeigenschappen van het menselijk lichaam: de
afmetingen, massa en inertiële eigenschappen van het lichaam en de lichaamssegmenten. Dit is
het domein van de antropometrie.
Als laatste zijn er de mechanische eigenschappen van de spier zelf, die bepalend zijn voor de
kracht die geleverd kan worden. De mogelijke krachtoutput van een spier is afhankelijk van zijn
lengte en de snelheid van contractie. Naast deze actieve kenmerken, spelen ook de passieve
eigenschappen van het spierpees complex een rol, zoals de massa, elasticiteit en viscositeit.
Meestal wordt zo’n biomechanisch model gebruikt om op basis van kinematische
gegevens (posities, snelheden en versnellingen van anatomische
referentiepunten) in combinatie met data over externe krachten, de interne
gewrichts-reactiekrachten, gewrichtsreactie-momenten, de mechanische energie en het
vermogen de berekenen. Dit is gekend als de invers dynamische analyse.
Op basis van beschikbare kinetische gegevens wordt een model ontwikkeld dat toelaat om de
vraag te beant-woorden “Wat zou er gebeuren als …” Deze manier van synthese (of
forward modellering) heeft veel potentieel maar vereist dat er zeer accurate modellen van
het menselijk lichaam gebruikt worden, om tot bruikbare voorspellingen te komen.
4. Wiskunde in de biomechanica
4.1. Driehoeken en de stelling van Pythagoras
De stelling van Pythagoras geeft een verband tussen de lengten van de zijden van een
rechthoekige driehoek. In een rechthoekige driehoek is de som van de kwadraten van
de lengtes van de rechthoekszijden gelijk aan het kwadraat van de lengte van
de schuine zijde.
4.2. Overstaande hoeken en enkele andere nuttige relaties
Als twee rechte lijnen elkaar snijden, ontstaan overstaande hoeken. Deze
overstaande hoeken zijn even groot.
, Wanneer twee evenwijdige lijnen een rechte snijden, bekomen we ook hoeken die gelijk
zijn. Deze hoeken noemen we F-hoeken en Z-hoeken
4.3. De goniometrische cirkel
In de wiskunde is een eenheidscirkel of goniometrische cirkel een cirkel in het xy-vlak om de
oorsprong (0,0), waarvan de straal de waarde 1 heeft. De eenheidscirkel wordt gebruikt bij
de definitie van de sinus en de cosinus.
, De hellingshoek berekenen. De lengte van de aanliggende zijde bedraagt 10. De lengte van
de overstaande zijde bedraagt 7.
4.4. Omrekenen van graden naar radialen (en omgekeerd)
Graden en radialen zijn twee manieren om hoeken te meten. Intuïtief werken we met
graden, maar de SI eenheid is de radiaal! De reden hiervoor is dat het bij wiskundige
berekenen vaak beter is om te werken met radialen.
Een cirkel kan worden opgedeeld in 360° of, het equivalent hiervan, 2 radialen. Dit
betekent dat een halve cirkel, of 180°, gelijk is aan radialen.
Om een hoek om te zetten van graden naar radialen, vermenigvuldig je het dus met /180°.
Omgekeerd, om een hoek te converteren van radialen naar graden vermenigvuldig je de
waarde van de radiaal met 180/.
4.5. Oplossen van vergelijkingen van de eerste graad met 1 onbekende x
