Die Physik beim Laufen

classroom_1193228_35828531Wie wir biomechanische Grundgesetze zu unserem Vorteil nutzen können, um leichter, müheloser, schneller und mit weniger Verletzungen Laufen zu können.

Ich war im Physikunterricht nicht besonders gut, jedoch nicht weil ich nicht schlau genug war, sondern weil ich nicht genug gelernt habe. Die Experimente die mein Lehrer vorführte faszinierten mich, ich konnte mich jedoch nicht zu den Berechnungen dahinter durchringen, doch um ehrlich zu sein – ich war einfach Faul. Das ist natürlich Vergangenheit, doch mit Freude entdecke ich, daß ich die Dinge, die ich im Unterricht aufgenommen habe auf mein Laufen anwenden kann. Der Vorteil wenn ich den physikalischen Gesetzen beim Laufen folgen kann ist der, das mein Laufen ökonomischer wird, denn die Gesetzmäßigkeiten der Bewegung sind auf meiner Seite. Wenn ich gegen sie arbeite, dann zahle ich dafür einen hohen Preis – mit müden oder verspannten Körperteilen. Ich bin noch immer faul, aber ich liebe das Laufen.

Grundkurs Schulphysik – Das Gesetz des Pendels:
„Die Geschwindigkeit in der ein Pendel schwingt ist abhängig von der Länge des Pendels und nicht davon welches Gewicht unten dranhängt“

Wenn du ein Pendel schneller schwingen lassen möchtest, dann musst du es kürzen. Wenn deine Standuhr etwas Zeit verliert, dann änderst du nicht das Gewicht der Scheibe unten am Pendel, sondern du schiebst die Scheibe oder ein Gewicht am Pendel leicht nach oben. Folglich verkürzt du das Pendel. Vermutlich fragst du dich jetzt was das mit Laufen zu tun hat, oder?

Eine ganze Menge! Deine Arme und Beine sind beide Pendel. Denk mal drüber nach: Wenn du dein Arme schwingst, dann befindet sich deine Schulter oben am Pendel und deine Hand ist das untere Ende. Genauso verhält es sich mit deinen Beinen, deine Hüfte ist oben und der Fuß unten am Pendel. Um deine Pendel (entweder Arme oder Beine) schneller schwingen zu lassen, musst du sie also verkürzen. Es gibt da mit Sicherheit mehrere Möglichkeiten, die einfachste ist jedoch das Beugen.

Genau. Wenn du also entweder deine Arme oder Beine beugst, dann verkürzt du quasi das Pendel, denn du bewegst den Schwerpunkt näher an die Spitze des Pendels. Dadurch kannst du deine Arme und Beine schneller schwingen lassen, ohne mehr Muskeln zu benutzen und erreichst damit verschiedene Dinge. Erstens vermeidest du dadurch eine langsame Schrittfrequenz, die führt nämlich zu längerer Bodenkontaktzeit und dadurch zu mehr Kraftaufwand. Zweitens: Wenn du schneller schwingst, dann läufst du schneller. So einfach ist das!

Versuche folgende Übung: Stehe auf einem Bein und schwinge das andere Bein ein paar Mal gestreckt vor und und zurück. Nun wiederhole diese Übung und versuche dein Bein schneller schwingen zu lassen (und lasse es dabei gestreckt). Merkst du das es anstrengender wird? Das sollte auch so sein, denn es benötigt Muskelkraft dein „Pendel“ schneller schwingen zu lassen als es von selbst schwingen würde. Deine Oberschenkel ziehen dein Bein nach vorne und dein Hintern zieht es nach hinten.

Um deine „Pendel“ schneller und leichter schwingen zu lassen, beuge einfach dein Bein am Knie und deinen Arm am Metronome622823_17190502Ellenbogen. Versuche folgendes: Stelle dich hin und lasse deine Arme gerade herunterbaumeln. Beginne dann deine Arme zu schwingen, ohne sie zu beugen. Schwinge deine Arme mit Aufwand etwas schneller – das sollte anstrengender werden. Beuge dann deine Ellenbogen, bis der Unterarm parallel zum Boden ist (90 Grad ) und spüre die Erleichterung, wenn du deine Arme schnell schwingen lässt. Das gleiche Prinzip gilt für deine Beine. Wenn du deine Beine beim Laufen nicht anwinkelst, dann wird dein Pendel zu lang sein und deine Schrittfrequenz zu langsam. Achte beim Laufen deshalb immer darauf, das deine Arme und Beine in der Mitte des Schwunges 90 Grad angewinkelt sind. Bei den Beinen meint das, das deine Schienbeine parallel zum Boden sind, wenn das Bein nach vorne schwingt.

Eine weitere Anwendung meiner Schulphysik fand ich, als mir bewußt wurde, wie wichtig es ist zu lernen, die Schwerkraft die Arbeit erledigen zu lassen. Man lasst sich einfach nach vorne fallen. Hier die Erklärung mit Worten des Raketentechnikers Vern Vanderbilt von der NASA in Mountain View in Kalifornien.

rocket_979222_60966245Das Gesetz: Der Energieaufwand ist direkt proportional dazu wie sehr du dich auf und ab bewegst. Wenn du die Auf und Ab Bewegung minimieren kannst, dann kannst du den Energieaufwand reduzieren. Umso mehr du dich beim Laufen nach vorne lehnst, umso mehr kommt eine horizontale Komponente bei deiner Energienutzung hinzu.

Der Schlüssel um deine Neigung die Arbeit erledigen zu lassen ist eine tadellose Haltung. Wenn du nach vorne lehnst, dann solltest du von deinen Sprunggelenken aus Lehnen und nicht von deine Hüfte. Lass dich von deiner Vorstellung davon tragen und fühle dich wie ein Skispringer, der sich anmutig über die Spitzen seiner Ski heraus streckt. Das Lehnen ist so effizient, und Tatsache ist, um schneller zu laufen, musst du dich nur mehr nach vorne neigen, die Schwerkraft zieht dich dann nach vorne, je nach dem wie es deine Beine zulassen. Dein Lehnen ist dein Gaspedal. Umso mehr du lehnst, umso schneller wirst du Laufen. Wenn du weniger lehnst, dann läufst du langsamer. Damit haben wir die Belastung für deine Beine mal eben halbiert! Du drückst dich nicht mehr vorwärts, sondern du wirst gezogen!

So kannst du dein Lehnen üben: Stelle dich, mit dem Gesicht zur Wand, eine Fußbreite entfernt vor eine Wand. Lasse dich skijumper_1136861_94668443nun, ohne irgendetwas an deiner Haltung zu verändern, durch Entspannung deiner Sprunggelenken nach vorne fallen.Neige weder deinen Kopf nach vorne noch beuge dich in der Hüfte. Halte nur deine Hände mit gebeugten Ellenbogen vor deinem Körper und bremse den Fall mit den Händen, damit du nicht auf die Nase fällst. Übe dies mehrfach, bis du bequem nach vorne fallen kannst, ohne deine Haltung zu verlieren. Denke daran von deinen Sprunggelenken aus zu Lehnen. Versuche dich während dieser Übung mit dem Gefühl anzufreunden das dich die Schwerkraft nach vorne zieht, denn das möchtest du auch auf der Straße spüren. Falls es dir hilft, ich benutze lieber das Wort „fallen“ um mein Lehnen beim Laufen zu beschreiben. Ein weiteres hilfreiches Bild ist sich vorzustellen ständig bergab zu laufen. Stelle sicher das du während du lehnst nicht länger mit deinem Schritt nach vorne greifst. Mein Freund der Raketeningenieur wies mich darauf hin, das wenn du während des Laufens ein Lot von deinem Körperschwerpunkt fallen liessest, das dein Fuß niemals vor diesem imaginären Punkt landen sollte. Wenn du es dennoch tust, dann fügst du der Gleichung eine Kraft entgegen deiner Laufrichtung hinzu, du ziehst folglich die Bremsen an. Wenn du also lehnst, dann stelle sicher, das dein Fuß unter dir und nicht vor dir landet.

Hier ist noch etwas was sich mit dem Lehnen zu kombinieren lohnt. Es hört sich radikal an, doch wieder attestiert uns der NASA Raketeningenieur das es der Wahrheit entspricht. Wenn du dich so wie 99% der Läufer verhältst, dann erzeugst du deinen Vortrieb, in dem du dich mit deinen Beinen nach vorne drückst. Deine Oberschenkel machen den Anfang und du beendest den Beinschwung, indem du dich mit den Zehen abdrückst. Was ist falsch an diesem Bild? Gar nicht so viel, nur das du ca. doppelt soviel Kraft aufwendest als eigentlich nötig wäre. Ich wiege 63kg und das bedeutet das ich sobald ich mich beim Laufen abdrücke bei jedem Schritt eine umgedrehte Beinpresse von 63kg drücke. Das benötigt viel Kraft, verbrennt viel Energie, erzeugt viel Milchsäure und setzt voraus das ich viel Luft einatme, um diese dicken Oberschenkel mit Sauerstoff zu versorgen. (in Wahrheit habe ich recht dünne Oberschenkel).

Versuche lieber Folgendes: Hebe deine Füße an, anstatt sie abzudrücken. Der erforderliche Arbeitsaufwand um dein Bein anzuheben (in meinem Fall schätze ich ca. 13,5 kg pro Bein) ist deutlich weniger als dein ganzes Körpergewicht in die Luft zu drücken. Mann muss kein Ingenieur sein, um das zu verstehen. Ich habe oben bereits darauf hingewiesen, das du, sobald du lehnst, von der Schwerkraft nach vorne gezogen wirst, so schnell wie du es zulässt. Optimal wäre also die Beine nach vorne anzuheben, um dem Fallen hinterherzukommen. Diese Art und Weise der Beinbenutzung hat als wunderbare Nebenwirkung die Entlastung deine Knie, denn das Anheben des einen Beines ist ein Gegenpol zur Abwärtsbewegung des anderen Beines. Laienhaft ausgedrückt: Dein Schritt wird leichter. In der Sprache der Physiker: Du erzeugst einen Gegenkraft die die schon vorhandene Kraft ausgleicht.

Weiterhin eliminierst du das Abdrücken mit den Waden, sobald du die Beine anhebst. Nun erkläre ich, weshalb du deinen Waden nicht anspannen solltest.
Versuche folgendes: Stehe mit dem ganzen Fuß 10 sec lang am Boden, dann stelle dich auf deine Zehenspitzen für die gleiche Dauer. Wenn du auf deinen Zehen stehst, dann drückst du dich mit deinen Wadenmuskeln nach vorne. Physikalisch gesehen benötigst du keine Kraft, wenn du flach auf deinem Fuß stehst, denn dein Gewicht wird dann von deinem Knochengerüst gehalten. Sobald du jedoch auf deinen Zehen stehst, benötigst du Energie, sogar nur um dein Gewicht zu halten. Das ist nicht nur ein fataler Fehler, den sogar viele sehr gute Läufer begehen, sondern er kann auch zum Schienbeinkantensyndrom (Shin-Splints) führen. Wenn du jedoch deine Fersen auf dem Boden lassen kannst, dann werden deine Oberschenkel dazu gezwungen, die Arbeit zu verrichten, für die sie geschaffen wurden.

bike_112523_3068Als Nächstes kommt deine Schrittlänge dran. Hast du jemals daran gedacht das du, genau wie dein Fahrrad, auch über Gänge verfügst? Genau dafür ist deine Schrittlänge da. Betrachte es mal so, du fährst an der Ampel nicht im vierten Gang an und du beginnst deinen Lauf auch nicht mit einer großen Schrittlänge. Stelle dir vor wie sich deine Beine anfühlen, wenn du in einem schweren Gang anfängst Fahrrad zu fahren – wahrscheinlich brennen deine Oberschenkel schon. Jetzt weißt du auch, wofür die leichten Gänge da sind. Nun ja, dein Körper ist nicht so anders und eine kurze Schrittlänge entspricht einem leichten Gang. Beginne also deinen Lauf mit einem kürzeren Schritt und lass dein Schritte Stück für Stück länger werden, sobald deine Muskeln wärmer und lockerer werden. Wenn du deine Reisegeschwindigkeit erreichst, wird dein Schritt genau die richtige Länge haben, weder zu kurz noch zu lang.

Wo wir gerade über die Gänge reden, wie wäre es dann mit einer kleinen Hügel Lektion? Frage: „Was machst du wenn du beim Rad fahren an den Fuß eines Hügels kommst?“ Ich hoffe deine Antwort ist „in einen leichteren Gang schalten“ Nun rate mal – beim Laufen mache deine Beine von dieser Regel keine Ausnahme. Du musst auch am Hügel in einen leichteren Gang schalten, sogar wenn du läufst. Das meint die Schrittlänge zu verkürzen, dadurch wird die nämlich die Arbeitsbelastung der Beine reduziert. Es ist ganz leicht, man muss es nur tun, denn ansonsten wirst du oben ankommen und dich wundern, warum deine Oberschenkel so im Eimer sind.

Bereit für eine andere dumme Frage? Wenn du einen 70kg schweren Körper hast und ihn durchs Dorf tragen musst, was ist die leichteste Art und Weise um dies zu tun?
A.) Lass es eine Person erledigen
B.) Lass es sechs Personen erledigen

Wenn du mit B. geantwortet hast, dann bitte weiterlesen!

Stelle dir vor, daß alle deine Körperteile als ein Team zusammen arbeiten würden. Wenn das der Fall wäre, dann kannst du dirteamwork_939805_65647353 vorstellen, das kein einzelnes Körperteil mehr Arbeit verrichten müsste, als den fairen Anteil. Deine Beine würden sich also nur so viel anstrengen wie nötig. Deine Arme würden sich auch nur soviel anstrengen wie nötig. Alle Teile würden die Belastung gleichmäßig teilen und genau das passiert, wenn alle deine verschieden Körperteile in dein Laufen involviert sind. Wenn jeder einen kleinen Anteil erledigt, wird das Ganze viel effizienter als wenn ein oder zwei Teile die ganze Arbeit machen müssen. Und wenn dann alle Körperteile das machen, was sie am besten können, dann hast du „Dream Team“ auf dem Platz stehen.

Es gibt jedoch viele Läufer da draußen, bei denen es so ausschaut, als ob Teile ihres Körpers gar nicht richtig bei der Sache sind. Entweder verkrampft oder inaktiv und im Ganzen keine große Hilfe für die Arbeit, die der Rest des Körpers verrichtet. Ich habe auch schon das Gegenteil gesehen und vieles mittendrin. Oft tut es schon beim Zuschauen weh. Das nächste Mal wenn du einen großen Marathon im Fernsehen siehst, dann beobachte mal die Top-Läufern (meist Kenianer) und versuche Teile ihrer Körper zu finden, die nicht benutzt werden. Viel Glück!

Übung: Nachdem du dich bei deinem nächsten Lauf eingelaufen hast frage dich, ob es Körperteile gibt, die nur den Freifahrtschein nutzen oder ob es Bereiche gibt die viel zu viel Arbeit verrichten?

Hier die Checkliste:

  • Kopf
  • Nacken
  • Schultern
  • Arme
  • Hände
  • Brust
  • Bauch
  • Hüften
  • Wirbelsäule
  • Beine
  • Füße

Und so funktioniert das Ganze physikalisch. Alle diese Körperteile sind gegenseitig abhängig voneinander. Alle erfüllen eine spezielle Aufgabe und wenn alle ihre Arbeit machen, dann läuft alles flüssig und effizient. Falls sich jedoch ein Teil nicht so bewegt wie gewünscht, dann werden andere Teile in ihrer Bewegung beeinträchtigt. Wenn du zum Beispiel Verspannungen im Nacken hast, dann schränkt das den Bewegungsspielraum deiner Schultern ein, dadurch können deine Arme nicht frei schwingen, dadurch müssen deine Beine mehr leisten und deine Füße müssen sich stärker abdrücken als nötig.
Leuchtet ein, oder?

Wende ein wenig Zeit auf, um zu Überprüfen, ob auch alle deiner Körperteile an der Arbeit beteiligt sind. Wenn du deine Laufökonomie verbessern möchtest, dann bringe deinen Körperteilen Teamarbeit bei.

Keine Frage, der Physikunterricht in der Schule hat mir viel geholfen, auch wenn ich mich nicht wirklich drauf konzentriert habe. Die optimale Lauftechnik wird durch physikalische Gesetze bestätigt, deshalb benutze ich diese Naturgesetze, um mich mit dem effizientesten Laufstil in Einklang zu bringen. Dabei habe ich entdeckt, das mein Körper es bevorzugt, wenn ich mich effizient bewege (meine Gegner im Wettkampf jedoch nicht) und dabei kann ich so faul sein wie ich möchte.

Dieser Blogeintrag basiert auf dem englischen Original von Danny Dreyer

Weitere Infos im ChiRunning Buch, der ChiRunning DVD, im Workshop oder Personal Training.

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