Ph 08

Umwelt und Technik

Das Fußgelenk des Menschen
Belastung der Achillessehne


 

1. Aufgabe:
Der menschliche Fuß ist ziemlich kompliziert aufgebaut. Wir wollen ihn stark vereinfacht als einen um D drehbaren Hebel auffassen. An einem Ende dieses Hebels (an der Ferse) greift die Achillessehne (blau) an.

Im Weiteren soll nun abgeschätzt werden, welche Kraft die Achillessehne aufbringen muss, damit eine Person
(m = 70 kg) auf einem Fuß einen Zehenstand (Kontaktpunkt mit dem Boden B) machen kann.

 

a)

Welche Kraft FB übt die Person beim einbeinigen Zehenstand auf den Boden und umgekehrt der Boden auf den Fuß im Punkt B aus?

b)

Damit die Ferse nicht auf den Boden kommt, zieht der an der Achillessehne befestigte Wadenmuskel den Fuß um den Drehpunkt D nach oben und drückt dabei gleichzeitig den Unterschenkel zusätzlich zu seiner Gewichtskraft des Menschen nach unten gegen das Fußgelenk D. Die Kraft FS auf die Achillessehne kann man berechnen, wenn man den Fuß als zweiseitigen Hebel mit dem Drehpunkt D und der in B angreifenden Kraft FB betrachtet. Die nötigen Hebelarme sind der Zeichnung zu entnehmen. Dabei ist davon auszugehen, dass die Distanz zwischen Ferse und Zehenspitze bei der Person a = 25 cm ist.

c)

Welche Kraft tritt bei dem Zehenstand im Punkt D (oberes Fußgelenk) auf?
d)

Warum wird die Belastung der Sehne geringer, wenn die Ferse möglichst weit vom Boden abhebt?