Kinematische und dynamische Analyse des Schwimmstarts vom Block unter besonderer Berücksichtigung der Eintauch- und Übergangsphase

Der Startabschnitt im Schwimmen stellt insbesondere in den Sprintwettbewerben über 50m und 100m eine leistungsdeterminierende Größe dar. Gerade in den letzten Jahren ist das Aufkommen von neuen Starttechniken, die zu einer Optimierung der Startleistung führen sollen, zu beobachten. Ziel der Dissertation ist es, anhand einer kinematischen und dynamischen Analyse des Starts, Aussagen über die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Leistung zu treffen. Hierzu wird eine biomechanische Analyse von Grab- und Trackstarts unter Einbeziehung der Eintauch- und Übergangsphase durchgeführt. Für die Entwicklung von Trainingsempfehlungen sind solche Zusammenhangsanalysen unerlässlich. Im theoretischen Teil der Dissertation wird die morphologische Phasenstruktur der Startbewegung im Schwimmen thematisiert. Hierbei werden unterschiedliche Modelle vorgestellt und miteinander verglichen. Durch den Vergleich der publizierten Studien zum Schwimmstart können sowohl Aussagen zu den leistungsrelevanten kinematischen und den dynamischen Kennwerten der Startbewegung zusammengefasst werden als auch Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Untersuchungs-methodik aufdeckt und in Relation zu der eigenen Studie gestellt werden. Im methodischen Teil wird sich zunächst mit Problemfeldern in der Datenerhebung (Berechnung der Linsenfehler und der Genauigkeit bei der Bestimmung unterschiedlicher Erhebungsmethoden der Abfluggeschwindigkeit) auseinander gesetzt. Weiterhin wird eine Methodenbeschreibung des eingesetzten ABKuS-Verfahrens beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein selbstentwickeltes Berechnungsverfahren zur Bestimmung von Körpersegmentkoordinaten unter unscharfen Sichtbedingungen. Widrige Aufnahmebedingungen stellen insbesondere für markerlose kinematische Analysen ein Problem dar. Dies gilt insbesondere für den Eintauchvorgang beim Schwimmstart, da hier durch das Mitreißen von Luftteilchen erhebliche Sichtbehinderungen auftreten. Aus diesem Grund gibt es bisher für solche markerlosen Analysen noch keine etablierten Verfahren gibt. Für die eigentliche Hauptuntersuchung konnte eine leistungsstarke Probandenstichprobe gewonnen werden. Gegenstand der zentralen Messung war der Startsprung, den die Probanden innerhalb eines Sprinttests über 25m bzw. 50m durchführten. Die Bodenreaktionskräfte werden dabei durch den mobilen Messstartblock erhoben. Gleichzeitig werden die Blockaktionen und die Flugphase durch eine digitale Kamera und die Eintauschbewegung durch eine zweite Kamera in einem Unterwassergehäuse aufgezeichnet. Die so ermittelten umfangreichen Daten gehen in die weiteren statistischen Analysen ein. Wesentlich für die statistischen Analysen ist die Einteilung der Schwimmer und Schwimmerinnen hinsichtlich ihrer Starttechnik. Bei der Startbewegung wurde zunächst zwischen einem Track- und einem Grabstart unterschieden. Weiter wurde dann eine Einteilung des Trackstarts hinsichtlich der Ausgangsposition vorgenommen. Ausgehend von dieser Einteilung wurde der Einfluss der Starttechnik auf die Kennwerte des Startverhaltens analysiert. Die Verlaufskurven der Bodenreaktionskräfte wurden mit einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) hinsichtlich der funktionellen und zufälligen Variation in den zeitabhängigen, koordinativen Mustern analysiert. Durch eine Clusteranalyse konnten unterschiedliche Kraftverläufe in der Anschwung- und Absprungphase identifiziert werden. Zur Bestimmung der relevanten Einflussfaktoren in der Eintauchphase wurde eine Hauptkomponentenanalyse mit einer rotierten Komponentenmatrix durchgeführt. Darüberhinaus wurden mittels einer Clusteranalyse unterschiedliche Eintauchstrategien aufgedeckt. Die komplexen Zusammenhänge des Startverhaltens wurden auf Basis theoretisch abgeleiteter Erklärungsmodelle überprüft. Hierbei kamen Strukturgleichungsmodelle zum Einsatz. Die Diskussion beinhaltet das Aufzeigen von Unterschieden bzw. die Erweiterung des Wissensstandes auf Basis der Forschungsergebnisse im Vergleich zu international anerkannten Forschungsarbeiten. Dabei wird auf die besondere Bedeutung der Eintauchphase, der in der bisherigen Forschung wenig Beachtung geschenkt wurde, hingewiesen.

Kinematische und dynamische Analyse des Schwimmstarts vom Block unter besonderer Berücksichtigung der Eintauch- und Übergangsphase

Der Startabschnitt im Schwimmen stellt insbesondere in den Sprintwettbewerben über 50m und 100m eine leistungsdeterminierende Größe dar. Gerade in den letzten Jahren ist das Aufkommen von neuen Starttechniken, die zu einer Optimierung der Startleistung führen sollen, zu beobachten. Ziel der Dissertation ist es, anhand einer kinematischen und dynamischen Analyse des Starts, Aussagen über die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Leistung zu treffen. Hierzu wird eine biomechanische Analyse von Grab- und Trackstarts unter Einbeziehung der Eintauch- und Übergangsphase durchgeführt. Für die Entwicklung von Trainingsempfehlungen sind solche Zusammenhangsanalysen unerlässlich. Im theoretischen Teil der Dissertation wird die morphologische Phasenstruktur der Startbewegung im Schwimmen thematisiert. Hierbei werden unterschiedliche Modelle vorgestellt und miteinander verglichen. Durch den Vergleich der publizierten Studien zum Schwimmstart können sowohl Aussagen zu den leistungsrelevanten kinematischen und den dynamischen Kennwerten der Startbewegung zusammengefasst werden als auch Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Untersuchungs-methodik aufdeckt und in Relation zu der eigenen Studie gestellt werden. Im methodischen Teil wird sich zunächst mit Problemfeldern in der Datenerhebung (Berechnung der Linsenfehler und der Genauigkeit bei der Bestimmung unterschiedlicher Erhebungsmethoden der Abfluggeschwindigkeit) auseinander gesetzt. Weiterhin wird eine Methodenbeschreibung des eingesetzten ABKuS-Verfahrens beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein selbstentwickeltes Berechnungsverfahren zur Bestimmung von Körpersegmentkoordinaten unter unscharfen Sichtbedingungen. Widrige Aufnahmebedingungen stellen insbesondere für markerlose kinematische Analysen ein Problem dar. Dies gilt insbesondere für den Eintauchvorgang beim Schwimmstart, da hier durch das Mitreißen von Luftteilchen erhebliche Sichtbehinderungen auftreten. Aus diesem Grund gibt es bisher für solche markerlosen Analysen noch keine etablierten Verfahren gibt. Für die eigentliche Hauptuntersuchung konnte eine leistungsstarke Probandenstichprobe gewonnen werden. Gegenstand der zentralen Messung war der Startsprung, den die Probanden innerhalb eines Sprinttests über 25m bzw. 50m durchführten. Die Bodenreaktionskräfte werden dabei durch den mobilen Messstartblock erhoben. Gleichzeitig werden die Blockaktionen und die Flugphase durch eine digitale Kamera und die Eintauschbewegung durch eine zweite Kamera in einem Unterwassergehäuse aufgezeichnet. Die so ermittelten umfangreichen Daten gehen in die weiteren statistischen Analysen ein. Wesentlich für die statistischen Analysen ist die Einteilung der Schwimmer und Schwimmerinnen hinsichtlich ihrer Starttechnik. Bei der Startbewegung wurde zunächst zwischen einem Track- und einem Grabstart unterschieden. Weiter wurde dann eine Einteilung des Trackstarts hinsichtlich der Ausgangsposition vorgenommen. Ausgehend von dieser Einteilung wurde der Einfluss der Starttechnik auf die Kennwerte des Startverhaltens analysiert. Die Verlaufskurven der Bodenreaktionskräfte wurden mit einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) hinsichtlich der funktionellen und zufälligen Variation in den zeitabhängigen, koordinativen Mustern analysiert. Durch eine Clusteranalyse konnten unterschiedliche Kraftverläufe in der Anschwung- und Absprungphase identifiziert werden. Zur Bestimmung der relevanten Einflussfaktoren in der Eintauchphase wurde eine Hauptkomponentenanalyse mit einer rotierten Komponentenmatrix durchgeführt. Darüberhinaus wurden mittels einer Clusteranalyse unterschiedliche Eintauchstrategien aufgedeckt. Die komplexen Zusammenhänge des Startverhaltens wurden auf Basis theoretisch abgeleiteter Erklärungsmodelle überprüft. Hierbei kamen Strukturgleichungsmodelle zum Einsatz. Die Diskussion beinhaltet das Aufzeigen von Unterschieden bzw. die Erweiterung des Wissensstandes auf Basis der Forschungsergebnisse im Vergleich zu international anerkannten Forschungsarbeiten. Dabei wird auf die besondere Bedeutung der Eintauchphase, der in der bisherigen Forschung wenig Beachtung geschenkt wurde, hingewiesen.

Self-Assembly of Stimuli-Responsive Water-Soluble [60]Fullerene End-Capped Ampholytic Block Copolymer

Well-defined, water-soluble, pH and temperature stimuli-responsive [60]fullerene (C₆₀) containing ampholytic block copolymer of poly((methacrylic acid)-block-(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate))-block–C₆₀ (P(MAA-b-DMAEMA)-b-C₆₀) was synthesized by the atom transfer radical polymerization (ATRP) technique. The self-assembly behaviour of the C₆₀ containing polyampholyte in aqueous solution was characterized by dynamic light scattering (DLS), and transmission electron microscopy. This amphiphilic mono-C₆₀ end-capped block copolymer shows enhanced solubility in aqueous medium at room and elevated temperatures and at low and high pH but phase-separates at intermediate pH of between 5.4 and 8.8. The self assembly of the copolymer is different from that of P(MAA-b-DMAEMA). Examination of the association behavior using DLS revealed the co-existence of unimers and aggregates at low pH at all temperatures studied, with the association being driven by the balance of hydrophobic and electrostatic interactions. Unimers and aggregates of different microstructures are also observed at high pH and at temperatures below the lower critical solution temperature (LCST) of PDMAEMA. At high pH and at temperatures above the LCST of PDMAEMA, the formation of micelles and aggregates co-existing in solution is driven by the combination of hydrophobic, electrostatic, and charge-transfer interactions.

Three substituted 4-pyrazolylbenzoates: hydrogen-bonded supramolecular structures in one, two and three dimensions

The molecules of ethyl 4-(5-amino-3-methyl-1H-pyrazol-1yl) benzoate, C13H15N3O2, are linked by two independent N-H center dot center dot center dot O hydrogen bonds into a chain of edge-fused and alternating R-4(2)(8) and R-2(2)(20) rings. A combination of N-H center dot center dot center dot N and N-H center dot center dot center dot O hydrogen bonds links the molecules of methyl 4-(5-amino-3-tert-butyl-1H-pyrazol-1-yl) benzoate, C15H19N3O2, into sheets of alternating R-2(2)(20) and R-6(6)(32) rings. In 4-(5-amino-3-methyl-1H-pyrazol-1-yl) benzoic acid monohydrate, C11H11N3O2 center dot H2O, the molecular components are linked into a three-dimensional framework structure by a combination of five independent hydrogen bonds, two of O-H center dot center dot center dot N type and one each of O-H center dot center dot center dot O, N-H center dot center dot center dot O and N-H center dot center dot center dot N types

Researching and designing GREAT; the extremely condensed hybrid urban block

The fact that the hybrid building is an extremely condensed urban block which increases the city’s density and contributes to the public realm of the city – horizontally as well vertically - forms one of the key interests of this documentation, research and master studio work. The “ground scraper” is not only public because of the character of its plinth facing surrounding streets, but also in regard to its interior space that is partly accessible to public. As such the European hybrid building potentially extends the city’s public domain horizontally and vertically into the building’s interior and links the public domain inside and outside. Notwithstanding, the hybrid building due to its specific and unconventional character represents a truly urban architecture that was unfortunately often rejected in the name of ‘purity’ of form and function during the twentieth century. Or with other words, its rejection demonstrates the domination of the building’s plan opposed to the section. Today, new frameworks for the city, like the “compact city,” ask for innovative interpretations and designs of building types, worthy to be investigated and proposed. The architectural type of the hybrid building, (re)defines and expresses the relation between architecture and the city in a specific manner. To begin with, the city of Rotterdam forms the first test-case of the Hybrid’s project to document and discuss statements, such as “the hybrid building has a long- standing tradition within this ‘modern city”, “it is a machine for urbanity,” “it enlarges the city,” “it innovates because of its ambitiousness but also because of necessity,” “it combines to activate,” “it asks for extraordinary design intelligence and craftsmanship.” A special way of drawing is developed to document, analyse and compare historical and contemporary representatives of the species. The method includes panoply of scales ranging from the morphological arrangement on the scale of the city, the typologies of stacking diverse programs to the architectural features that establish the mutual relationship between the public space of the city and the interior of the building. Basically the features analysed within the series of drawings are also constitutional for (the success of) every future hybrid building.

Voronoi, Delaunay, and Block-Structured Mesh Refinement for Solution of the Shallow-Water Equations on the Sphere

Alternative meshes of the sphere and adaptive mesh refinement could be immensely beneficial for weather and climate forecasts, but it is not clear how mesh refinement should be achieved. A finite-volume model that solves the shallow-water equations on any mesh of the surface of the sphere is presented. The accuracy and cost effectiveness of four quasi-uniform meshes of the sphere are compared: a cubed sphere, reduced latitude–longitude, hexagonal–icosahedral, and triangular–icosahedral. On some standard shallow-water tests, the hexagonal–icosahedral mesh performs best and the reduced latitude–longitude mesh performs well only when the flow is aligned with the mesh. The inclusion of a refined mesh over a disc-shaped region is achieved using either gradual Delaunay, gradual Voronoi, or abrupt 2:1 block-structured refinement. These refined regions can actually degrade global accuracy, presumably because of changes in wave dispersion where the mesh is highly nonuniform. However, using gradual refinement to resolve a mountain in an otherwise coarse mesh can improve accuracy for the same cost. The model prognostic variables are height and momentum collocated at cell centers, and (to remove grid-scale oscillations of the A grid) the mass flux between cells is advanced from the old momentum using the momentum equation. Quadratic and upwind biased cubic differencing methods are used as explicit corrections to a fast implicit solution that uses linear differencing.

Designing Temperature-Responsive Biocompatible Copolymers and Hydrogels Based on 2-Hydroxyethyl(meth)acrylates

Free-radical copolymerization of 2-hydroxyethyl methacrylate with 2-hydroxyethyl acrylate can be successively utilized for the synthesis of water-soluble polymers and hydrogels with excellent physicochemical properties, thus showing promise for pharmaceutical and biomedical applications. In the work presented it has been demonstrated that water-soluble copolymers based on 2-hydroxyethyl methacrylate and 2-hydroxyethyl acrylate exhibit lower critical solution temperature in aqueous solutions, whereas the corresponding high molecular weight homopolymers do not have this unique property. The temperature-induced transitions observed upon heating the aqueous solutions of these copolymers proceed via liquid−liquid phase separation. The hydrogels were also synthesized by copolymerizing 2-hydroxyethyl methacrylate and 2-hydroxyethyl acrylate in the absence of a bifunctional cross-linker. The cross-linking of these copolymers during copolymerization is believed to be due to the presence of bifunctional admixtures or transesterification reactions. Transparency, swelling behavior, mechanical properties, and porosity of the hydrogels are dependent upon the monomer ratio in the copolymers. Hydrogel samples containing more 2-hydroxyethyl methacrylate are less transparent, have lower swelling capacity, higher elastic moduli, and pores of smaller size. The assessment of the biocompatibility of the copolymers using the slug mucosal irritation test revealed that they are also less irritant than poly(acrylic acid).

Solvent Effects on the Formation of Nanoparticles and Multilayered Coatings Based on Hydrogen-Bonded Interpolymer Complexes of Poly(acrylic acid) with Homo- and Copolymers of N-Vinyl Pyrrolidone

The formation of hydrogen-bonded interpolymer complexes between poly(acrylic acid) and poly(N-vinyl pyrrolidone) as well as amphiphilic copolymers of N-vinyl pyrrolidone with vinyl propyl ether has been studied in aqueous and organic solutions. It was demonstrated that introduction of vinyl propyl ether units into the macromolecules of the nonionic polymer enhances their ability to form complexes in aqueous solutions due to more significant contribution of hydrophobic effects. The complexation was found to be a multistage process that involves the formation of primary polycomplex particles, which further aggregate to form spherical nanoparticles. Depending on the environmental factors (pH, solvent nature), these nanoparticles may either form stable colloidal solutions or undergo further aggregation, resulting in precipitation of interpolymer complexes. In organic solvents, the intensity of complex formation increases in the following order: methanol < ethanol < isopropanol < dioxane. The multilayered coatings were developed using layer-by-layer deposition of interpolymer complexes on glass surfaces. It was demonstrated that the solvent nature affects the efficiency of coating deposition.

Converting the nanodomains of a diblock-copolymer thin film from spheres to cylinders with an external electric field

We investigate the ability of an applied electric field to convert the morphology of a diblock-copolymer thin film from a monolayer of spherical domains embedded in the matrix to cylindrical domains that penetrate through the matrix. As expected, the applied field increases the relative stability of cylindrical domains, while simultaneously reducing the energy barrier that impedes the transition to cylinders. The effectiveness of the field is enhanced by a large dielectric contrast between the two block-copolymer components, particularly when the low-dielectric contrast component forms the matrix. Furthermore, the energy barrier is minimized by selecting sphere-forming diblock copolymers that are as compositionally symmetric as possible. Our calculations, which are the most quantitatively reliable to date, are performed using a numerically precise spectral algorithm based on self-consistent-field theory supplemented with an exact treatment for linear dielectric materials.