Kraftgenerierung

Die Muskulatur des menschlichen Körpers dient der Generierung von Kraft. Dabei arbeiten Muskeln über den Wechsel zwischen Kontraktion und Relaxation.

Durch Aktionspotentiale, die vom Hirn ausgelöst und durch die Nerven weitergeleitet werden, wird eine Kontraktion im Muskel hervorgerufen. Ist diese Kontraktion isotonisch, also gleichbleibend, so findet keine Veränderung der Muskelspannung statt, so dass sich der Muskel verkürzt. Wirkt hingegen eine isometrische Kontraktion, bei der gegen einen Widerstand gearbeitet wird, ohne ihn zu bewegen, so bleibt die Länge des Muskels gleich.

Muskeln bestehen, wie in vorangegangenen Kapiteln dargelegt wurde, aus Muskelfaserbündeln, die wiederum aus Muskelfasern zusammengesetzt sind. Die Fasern selbst wiederum bestehen aus Bündeln von sogenannten Myofibrillen, die aus einer Reihenstruktur von Sarkomeren zusammengesetzt sind. Dadurch, dass jedes Sarkomer in der Lage ist, sich zusammenzuziehen, wird die zuvor genannte Kontraktion des gesamten Muskels erzeugt. Die Kraft, die durch einen Muskel erzeugbar ist, wird dabei einerseits durch die Länge dieser Sarkomere und andererseits durch die Geschwindigkeit der Kontraktion definiert. Die Abhängigkeit der Kraft von der Länge wird durch das Kraft-Dehnungsverhalten beschrieben. Bei der Dehnung des Muskels durch eine externe Last, wie der Dehnung durch eine andere Person oder gegen einen Gegenstand, erfolgt eine passive Krafterzeugung. Hierbei kontrahiert der Muskel nicht. Erfolgt eine Kontraktion, spricht man von aktiver Krafterzeugung.

Die Kraft-Geschwindigkeits-Abhängigkeit definiert hingegen die Abhängigkeit der Kraft von der Geschwindigkeit der Kontraktion der Sarkomere. Wird mehr Kraft erzeugt, als eigentlich zum Anheben einer Kraft benötigt ist, und diese dadurch bewegt, so spricht man von einer konzentrischen Kontraktion. Das Gegenteil ist die exzentrische Kontraktion, bei der die externe Last deutlich größer als die Kraft des Muskels ist, so dass sie abgesenkt wird.

An dieser Stelle seien unter anderem die Newtonschen Gesetze hervorzuheben. Das erste Newtonsche Gesetz, das sogenannte Trägheitsgesetz, besagt, dass ein Körper im Zustand der Ruhe verharrt, solange keine Kraft auf ihn wirkt.

Das Beschleunigungs-Kraft-Gesetz wiederum gibt Auskunft über die Wirkung von Beschleunigung. Wirkt eine Kraft auf einen Körper, so ist die Beschleunigung proportional zu dieser und wirkt in die gleiche Richtung, wie die Kraft selbst.

Das dritte hier benannte Newtonsche Gesetz ist das Wechselwirkungsprinzip. Es besagt, dass zwischen zwei Körpern, genannt A und B, eine Wechselwirkung besteht. Wirkt Körper A auf B eine Kraft aus, so ist die Kraft, die B entgegenbringt dieser Kraft gleich. Dies wird auch als das Prinzip von Actio und Reactio bezeichnet.