TY  - THES
A1  - Prieske, Olaf
T1  - The role of surface condition in athletic performance
T1  - Die Bedeutung des Untergrundes für die sportmotorische Leistung
N2  - During the last two decades, instability training devices have become a popular means in athletic training and rehabilitation of mimicking unstable surfaces during movements like vertical jumps. Of note, under unstable conditions, trunk muscles seem to have a stabilizing function during exercise to facilitate the transfer of torques and angular momentum between the lower and upper extremities. The present thesis addresses the acute effects of surface instability on performance during jump-landing tasks. Additionally, the long-term effects (i.e., training) of surface instability were examined with a focus on the role of the trunk in athletic performance/physical fitness.
Healthy adolescent, and young adult subjects participated in three cross-sectional and one longitudinal study, respectively. Performance in jump-landing tasks on stable and unstable surfaces was assessed by means of a ground reaction force plate. Trunk muscle strength (TMS) was determined using an isokinetic device or the Bourban TMS test. Physical fitness was quantified by standing long jump, sprint, stand-and-reach, jumping sideways, Emery balance, and Y balance test on stable surfaces. In addition, activity of selected trunk and leg muscles and lower limb kinematics were recorded during jump-landing tasks.
When performing jump-landing tasks on unstable compared to stable surfaces, jump performance and leg muscle activity were significantly lower. Moreover, significantly smaller knee flexion angles and higher knee valgus angles were observed when jumping and landing on unstable compared to stable conditions and in women compared to men. Significant but small associations were found between behavioral and neuromuscular data, irrespective of surface condition. Core strength training on stable as well as on unstable surfaces significantly improved TMS, balance and coordination.
The findings of the present thesis imply that stable rather than unstable surfaces provide sufficient training stimuli during jump exercises (i.e., plyometrics). Additionally, knee motion strategy during plyometrics appears to be modified by surface instability and sex. Of note, irrespective of surface condition, trunk muscles only play a minor role for leg muscle performance/activity during jump exercises. Moreover, when implemented in strength training programs (i.e., core strength training), there is no advantage in using instability training devices compared to stable surfaces in terms of enhancement of athletic performance.
N2  - Instabile Trainingsgeräte sind etablierte Bestandteile im sportlichen Training und in der Rehabilitation, um instabile Untergründe während verschiedener alltags- und sportartspezifischer Bewegungen  zu simulieren. Dabei scheint der Rumpfmuskulatur insbesondere unter instabilen Bedingungen eine wichtige Rolle zur Stabilisierung zu zukommen. Die vorliegende Arbeit widmet sich den Akuteffekten von Untergrundinstabilität auf die Leistung bei Sprüngen und Landungen. Zudem wurden Langzeiteffekte von Untergrundinstabilität auf die Bedeutung des Rumpfes für die sportliche/sportmotorische Leistung untersucht.
Gesunde Jugendliche und junge Erwachsene nahmen an drei Quer- bzw. einer Längsschnittstudie teil. Die Leistung der Sprung-Lande-Aufgaben auf stabilen und instabilen Untergründen wurde mittels Kraftmessplatte erfasst. Die Rumpfkraft wurde mit einem Isokineten oder dem Bourban-Rumpfkraft-Test gemessen. Die Ermittlung sportmotorischer Leistungen erfolgte durch Standweitsprung-, Sprint-, Rumvorbeuge-, Seitsprung-, Emery- und Y-Balance-Test auf stabilen Untergründen. Zudem wurde die Aktivität ausgewählter Rumpf- und Beinmuskeln und Beinkinematik während der Sprung-Lande-Aufgaben erfasst.
Sprung-Lande-Aufgaben auf instabilen im Vergleich zu stabilen Unterlagen führten zu signifikant geringeren Sprungleistungen und Beinmuskelaktivitäten. Dabei wurden die Kniegelenke unter instabilen im Vergleich zu stabilen Bedingungen stärker extendiert und valgisiert. Dies gilt auch für Frauen im Vergleich zu Männern während des Springens und Landens. Zusammenhänge zwischen den Verhaltens- und neuromuskulären Daten unabhängig vom Untergrund sind als gering einzuschätzen sind. Ein Rumpfkrafttraining auf stabilen sowie auf instabilen Untergründen verbesserte die Rumpfkraft, das Gleichgewicht und die Koordination.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass stabile gegenüber instabilen Unterlagen bessere Voraussetzungen bei Sprungübungen zur Steigerung der Sprungleistung im Training schaffen. Zudem scheint die biomechanische Kontrollstrategie des Kniegelenks bei Sprüngen durch den Untergrund und das Geschlecht modifiziert. Dabei ist zu erwähnen, dass für den Leistungsvollzug der unteren Extremitäten beim Springen der Rumpf unabhängig von den Untergrundbedingungen nur eine kleine Rolle zu spielen scheint. Darüber hinaus zeigen instabile gegenüber stabilen Untergründen in einem Rumpfkrafttraining keinen Vorteil hinsichtlich der Steigerung sportlicher Leistungen.
KW  - biomechanics
KW  - jump-landing tasks
KW  - trunk muscle strength
KW  - instability
KW  - injury prevention
KW  - Biomechanik
KW  - Sprung-Lande-Aufgaben
KW  - Rumpfmuskelkraft
KW  - Instabilität
KW  - Verletzungsprävention
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80503
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dziourkevitch, Natalia
T1  - Interstellar turbulence driven by magneto-rotational instability
T1  - Interstellare Turbulenzen hervorgerufen durch magnetische Rotationsinstabilitäten
N2  - Origin and symmetry of the observed global magnetic fields in galaxies are not fully understood. We intend to clarify the question of the magnetic field origin and investigate the global action of the magneto-rotational instability (MRI) in galactic disks with the help of 3D global magneto-hydrodynamical (MHD) simulations. The calculations were done with the time-stepping ZEUS 3D code using massive parallelization. The alpha-Omega dynamo is known to be one of the most efficient mechanisms to reproduce the observed global galactic fields. The presence of strong turbulence is a pre-requisite for the alpha-Omega dynamo generation of the regular magnetic fields. The observed magnitude and spatial distribution of turbulence in galaxies present unsolved problems to theoreticians. The MRI is known to be a fast and powerful mechanism to generate MHD turbulence and to amplify magnetic fields.  We find that the critical wavelength increases with the increasing of magnetic fields during the simulation, transporting the energy from critical to larger scales. The final structure, if not disrupted by supernovae explosions, is the structure of `thin layers' of thickness of about 100 pcs. An important outcome of all simulations is the magnitude of the horizontal components of the Reynolds and Maxwell stresses. The result is that the MRI-driven turbulence is magnetic-dominated: its magnetic energy exceeds the kinetic energy by a factor of 4. The Reynolds stress is small and less than 1% of the Maxwell stress.  The angular momentum transport is thus completely dominated by the magnetic field fluctuations. The volume-averaged pitch angle is always negative with a magnitude of about -30. The non-saturated MRI regime is lasting sufficiently long to fill the time between the galactic encounters, independently of strength and geometry of the initial field. Therefore, we may claim the observed pitch angles can be due to MRI action in the gaseous galactic disks. The MRI is also shown to be a very fast instability with e-folding time proportional to the time of one rotation. Steep rotation curves imply a stronger growth for the magnetic energy due to MRI. The global e-folding time is from 44 Myr to 100 Myr depending on the rotation profile. Therefore, MRI can explain the existence of rather large magnetic field in very young galaxies. We also have reproduced the observed rms values of velocities in the interstellar turbulence as it was observed in NGC 1058. We have shown with the simulations that the averaged velocity dispersion of about 5 km/s is a typical number for the MRI-driven turbulence in galaxies, which agrees with observations. The dispersion increases outside of the disk plane, whereas supernovae-driven turbulence is found to be concentrated within the disk. In our simulations the velocity dispersion increases a few times with the heights.  An additional support to the dynamo alpha-effect in the galaxies is the ability of the MRI to produce a mix of quadrupole and dipole symmetries from the purely vertical seed fields, so it also solves the seed-fields problem of the galactic dynamo theory. The interaction of magneto-rotational instability and random supernovae explosions remains an open question. It would be desirable to run the simulation with the supernovae explosions included. They would disrupt the calm ring structure produced by global MRI, may be even to the level when we can no longer blame MRI to be responsible for the turbulence.
N2  - Die Beobachtung polarisierter Synchrotronstrahlung mit modernen Radioteleskopen zeigen die Existenz von großskaligen Magnetfeldern in Galaxien. Mit den ständig verbesserten Beobachtungsinstrumenten findet man Magnetfelder in immer mehr Galaxien, so dass man annehmen kann, Magnetfelder treten mehr oder weniger in allen Galaxien auf. Selbst in sehr jungen Galaxien (damit weit entfernten) wurden schon Magnetfelder von einigen mikroG gefunden. Eine mögliche Erklärung für die Entstehung der Magnetfeldern ist die Wirkung eines turbulenten Dynamos. Neben Supernova-Explosionen können magnetische Instabilitäten eine Quelle für die Turbulenz im interstellaren Medium sein. So werden Galaxien bei Anwesenheit eines schwachen Magnetfeldes auf Grund der "Magneto-Rotations-Instabilität" (MRI) turbulent. Die globale Entwicklung des interstellaren Gases in Galaxien unter Wirkung der MRI ist in der vorliegenden Arbeit betrachtet worden. Mit drei-dimensionalen numerischen Simulationen auf großen Clusterrechnern wurde die zeitliche Entwicklung des Geschwindigkeitsfeldes und der Magnetfelder untersucht. Für die extrem rechenintensiven globalen Modelle wurde ein hochgradig parallelisierbares Rechenprogramm zur Lösung der MHD-Gleichungen an die Problemstellung angepasst, in der Rechenzeit optimiert und ausführlich getestet.  Es konnte erstmalig die zeitliche Entwicklung des interstellaren Gases unter dem Einfluss eines schwachen Magnetfeldes über mehrere Milliarden Jahre verfolgt werden. In der galaktischen Scheibe entwickelt sich Turbulenz mit einer Geschwindigkeitsdispersion von einigen km/s und großskalige Magnetfelder von einigen mikroG, genau wie in realen Galaxien beobachtet. Damit konnte der Nachweis erbracht werden, dass das interstellare Gas durch Wirkung der MRI auch bei geringer Sternaktivität Turbulenz entwickelt, wie es in einigen ruhigen Galaxien auch beobachtet wird. Ein anderes wichtiges Resultat ist die Entstehung großskaliger Magnetfelder aus kleinskaligen Strukturen in der Art eines turbulenten Dynamos. Die Wachstumsrate der magnetischen Energie geht bei diesem Prozess mit der Umlaufzeit, schnell genug um auch Magnetfelder mit einigen mikroG in sehr jungen Galaxien zu erreichen. Die Entstehung von Magnetfeldern aus der MRI löst auch die bisher ungeklärte Frage nach der Geometrie der Saatfelder für turbulente Dynamos.
KW  - Magnetohydrodynamik
KW  - Instabilität
KW  - Turbulenz
KW  - Galaxie
KW  - Dynamo
KW  - MHD
KW  - MRI
KW  - spiral galaxies
KW  - dynamo
KW  - turbulence
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5306
ER  -