In der Biomechanik des menschlichen Körpers werden die Kräfte untersucht, die in den Knochen und Muskeln wirken. Du solltest herausfinden, wie stark der Oberschenkelknochen belastet wird, wenn ein Mensch auf einem Bein steht. Die Abbildung zeigt das Hüftgelenk mit Oberschenkelknochen und Hüfte. Die Gewichtskraft beträgt in diesem Beispiel etwa 60 kg (600 Newton). Diese setzt sich aus dem gesamten Oberkörper und dem schwebenden Bein zusammen. Das Gewicht entspricht in etwa 5/6 des Körpergewichts.
Der Knochen darf nur auf Druck belastet werden. Das Problem kennst du sicherlich, denn ein Knochen bricht, sobald er gebogen wird. Damit die Biegung vermieden werden kann, hat die Biologie einen intelligenten Mechanismus entwickelt. Dieser nennt sich Zuggurtung. Vereinfacht erklärt wird die Biegung durch entgegenwirkende Muskelkräfte ausgeglichen. In unserem Beispiel ziehen die rote und die blaue Kraft (beides Muskeln) am Knochen, um die Biegung auszugleichen und die Kraft gerade in den Knochen umzulenken. Dieses Prinzip geschieht natürlich nicht nur mit einem Muskel, sondern aus einem Zusammenspiel vieler verschiedener Muskeln. Damit das Gewicht, das zu einer Seite verlagert ist, exakt auf das eine Bein abgeleitet werden kann, müssen die Kräfte mehrfach umgeleitet werden.
In Bereich A ist die mathematische Verschiebung des Schwerpunkts dargestellt. In der Realität findet dieser Mechanismus in Bereich B statt. Der Muskel zieht das Becken und den Oberschenkelknochen zusammen und verschiebt somit den Gewichtsschwerpunkt, der auf der linken Seite liegt, zum Bein.
Nun muss in Bereich C noch eine weitere Muskelkraft einsetzen, da ansonsten nur die Kraft R1 auf den Körper wirkt und diese wieder eine Biegung hervorrufen würde. Durch die blaue Kraft entsteht die resultierende Kraft R2 (grün). Aus der Kombination von R1 und R2 geht eine Kraft hervor, die ausschließlich von oben auf den Oberschenkelknochen einwirkt. Diese Kraft wird als reine Druckkraft bezeichnet und wirkt ausschließlich in menschlichen Knochen.
Du siehst also, dass durch das komplizierte Zusammenspiel von Muskeln und Knochen hohe Beanspruchungen in unserem Körper wirken.
