De ideale opstelling van de camera's op de helm

Door: Kjeld van Druten (september 2004)

Cameraspringen is een belastende aangelegenheid voor het lichaam. Het extra gewicht op het hoofd zorgt voor een extra belasting van de nekspieren en wervels tijdens de vrije val, de opening van de parachute en het vliegen onder de parachute. Door het handig plaatsen van de camera's op de helm kan deze fysieke belasting beperkt worden.

Momenten en zwaartepunten

Nekspieren houden het hoofd in balans.

Er zijn zeer veel variaties in de positie van de camera's op de helmen mogelijk, maar allemaal hebben ze een nadeel: de belasting voor de nek neemt toe.
Om dit te begrijpen moeten we even naar wat natuurkunde kijken, met name naar momenten en zwaartepunten.
Een moment is een krachtenbalans die zorgt voor een rotatie als hij niet wordt tegengehouden. Deze rotatie vindt altijd om een rotatie-as plaats. Deze as hoeft niet perse door het midden van een object te lopen, denk maar aan het scharnier van een deur of een ongelijke wip.
Om een rotatie te voorkomen moeten alle krachten per definitie in evenwicht zijn. Als er dus een kracht van een camerahelm is die het hoofd voorover wil kantelen moeten de nekspieren een tegengesteld effect hebben die dat voorkomt om het hoofd rechtop te houden. Het moment is te berekenen met de formule: M=F x d. Waarbij F de (zwaarte)kracht is die het object uitoefent en d de lengte van de arm tot het rotatiepunt. Deze arm d wordt ook wel de hefboom genoemd. Bij een wip die in evenwicht is geldt dus:
F x d = F1 x d1. Deze formule verklaart dus waarom een volwassene met een klein kind op een wip kan zitten en toch in evenwicht kan zijn: zolang de volwassene maar dicht genoeg bij het rotatiepunt zit lukt het.
Om de effecten van camerahelmen op de nek te bepalen moeten we weten waar de krachten van de helmen en camera's aangrijpen, oftewel F en d moeten bepaald worden om het moment te kunnen berekenen. Het zwaartepunt is dat punt in of rond een object waar, als je het object moest terugbrengen tot een punt, alle massa zich zou concentreren. Dit hoeft niet perse in het object te zijn. Bij een hoefijzer ligt dit bijvoorbeeld in het midden, juist op de plek waar helemaal geen hoefijzer is.
Zoals we in de formule M = F x d hadden gezien leidt massa met behulp van de zwaartekracht tot een kracht:
F = m x a , waarbij a de zwaartekrachtversnelling van 10m/s² is.

Hefbomen en momenten in het lichaam

Als we nu weer naar een mens kijken, dan zijn de gewrichten de rotatiepunten en de botten de hefbomen. Maar bij het lichaam is de situatie toch iets anders. Want behalve de zwaartekracht en de massa van de ledematen zijn het vooral de spieren die rotaties kunnen veroorzaken of voorkomen. Hierbij speelt het aangrijpingspunt van de spieren een grote rol. Als spieren dicht bij het rotatiepunt liggen kan een kleine kracht aan de andere kant van het gewricht die wel ver van het rotatiepunt af ligt al snel tot een groot moment leiden en dus een hoge vereiste kracht voor de spieren. Om veel onnodige spierkracht te voorkomen zit het lichaam redelijk symetrisch in elkaar. Bij een rechtop staand mens bevindt de massa van het hoofd zich precies boven het rotatiepunt in de wervel, zodat de nekspieren geen kracht hoeven te leveren. Dit is echter een wankel evenwicht wat zich laat vergelijken met het balanceren van een bal op een satéstokje. Om te voorkomen dat het hoofd omvalt bij een kleine evenwichtsverstoring zijn er rondom spieren in de nek die elkaars tegengestelde werking hebben. Antagonisten noemen we dit. Zo zijn er spieren die zorgen voor flexie (buigen) en extensie (strekken) en rotatie (draaien zoals bij links en rechts kijken) abductie en adductie (het zijdelings van de schouder af bewegen en het zijdelings naar de schouder toe bewegen).

De invloed van de camerahelm
Externe factoren kunnen dit krachtenspel beïnvloeden, zoals een camerahelm. Door de massa van de camerahelm verandert de ligging van het zwaartepunt ten opzichte van het rotatiepunt in de nek. Doordat deze extra massa altijd verder van het

rotatiepunt weg ligt dan alleen het hoofd van het rotatiepunt zal het totale zwaartepunt daarom verder van het rotatiepunt komen te liggen. Verstoringen van het evenwicht zullen dus grotere krachten van de spieren vergen om bewegingen te voorkomen of juist op gang te brengen. Wederom als het balanceren van een bal op een satéstokje, alleen is in dit voorbeeld het stokje wat langer geworden dan in de vorige situatie.
Bij het opbouwen van een camerahelm is dus het doel om het totale zwaartepunt zo dicht mogelijk bij het rotatiepunt in de nek te krijgen. Symetrie is dus erg belangrijk: de momentensom (F x d = F1 x d1) moet immers nul zijn, dan staat het zwaartepunt boven het rotatiepunt.
Onderstaande animatie laat zien hoe de opstelling de ligging van het zwaartepunt kan beïnvloeden.


Klik op bovenstaande ronde pijl om de verschillende camera-opstellingen te zien.

Vanuit bovenstaande figuur zou je kunnen concluderen dat een camera aan de zijkant van je hoofd ter hoogte van het rotatiepunt verreweg het meest ideale zou zijn. Op die manier wordt de momentsarm immers helemaal niet langer. Echter, wat in vertikale zin geldt, zoals hier in het zij-aanzicht duidelijk is gemaakt, moet ook gelden in het andere vlak: van voren of achteren bekeken. Dan blijkt een camera aaan de zijkant zelfs een groot nadeel te zijn. Maar daarvoor moeten we eerst wat beter naar de bouw van de nek kijken.

De bouw van de nek en rug
De "nek" is een onderdeel van de wervelkolom. De wervelkolom bestaat uit 32 of 33 wervels die eigenlijk allemaal afzonderlijke scharniertjes zijn. Door deze wervels loopt het ruggemerg die de zenuwen bevat. Voor het gemak is de wervelkolom ingedeeld in 5 gebieden: het nekgedeelte (7 cervicale wervels) het borstgedeelte (12 thoracale wervels), het

De wervelkolom.

onderruggedeelte (5 lumbale wervels), het bekkengedeelte (5 craniale wervels) en het staartgedeelte (3 of 4 wervels). In de anatomie, de leer van botten en spieren, hebben deze wervels een letter en een nummer. In de nek is het gewricht tussen de eerste nekwervel (C1 ook wel "Atlas" genoemd) en de tweede wervel (C2 "Axis" genoemd) het meest beweeglijk. De wervels kunnen niet allemaal even veel bewegen, want de wervelkolom is een compromis tussen flexibiliteit en sterkte / stabiliteit. Met name het bekken- en staartgedeelte is behoorlijk star en is dus minder relevant voor bewegingsmogelijkheden. De focus ligt dus meer op het nek-, borst- en onderrug gedeelte.

Een wervel.

De flexibiliteit kun je terugvinden in de wervelkolom als geheel. Van de zijkant bekeken heeft deze een slingerende vorm. In de nek trekken we "van nature" al hol, zo'n holling noemen we een lordose. De borst is van nature bol en dat noemen we een kyfose. De onderrug heeft net als de nek een lordose. Door deze vorm kan het lichaam krachten goed opvangen in vertikale richting: als er iemand op je rug springt of je springt zelf ergens vanaf buigt de wervelkolom in en daarna weer uit. De krachten worden hierdoor geleidelijk opgebouwd, over alle wervels verdeeld en over een langere tijdsperiode uitgesmeerd, waardoor de piekbelasting lager is. De sterkte vind je terug in de grootte van de wervels. Boven in de wervelkolom zijn de wervels klein, ze hoeven immers alleen maar demassa van het hoofd te dragen. Laag in de rug zijn ze groter, want daar moeten ze de hele romp er ook nog bij kunnen hebben. Als geheel genomen is de wervelkolom vooral geschikt om krachten in vertikale richting op te vangen. De mogelijkheid om te kunnen roteren (zijwaarts draaien / nee schudden) was welnoodzakelijk, maar is wel bijzaak geworden. De bewegingsmogelijkheden zijn hierin ook veel beperkter, behalve in de nek. In een voor- achterwaartse beweging kunnen de meeste mensen iets verder bewegen dan bij een rotatie, dit in tegenstelling tot een uil, die alleen met zijn nek al bijna 360° kan draaien. Deze beperking wordt veroorzaakt door de bouw van de gewrichtjes, die als een soort bouwsteentjes in elkaar vallen zodat tussen de gewrichtjes niet al te veel gedraaid kan worden. De gewrichten worden bij elkaar gehouden door pees en bandwerk. Om wrijving van bot over bot te voorkomen zit er tussen de draaivlakken een stugge gelatinebal (de nucleus pulposes), die we ook wel discus noemen (alleen tussen Atlas en Axis zit geen discus). Die is omgeven door een peesstructuur die de anulus fibrosis heet. Het geheel noemen we de tussenwervelschijf. De anulus fibrosis is zo gebouwd dat die goed drukkrachten en in mindere mate flexie en extensie kan hebben, maar slecht rotatie. Dit komt door de richting van de peesvezels. Deze staan onder een hoek en daardoor ontstaat er bij rotatie een wringing die dit peescorset makkelijk beschadigt. Met name combinaties van draaien en buigen kunnen erg hoge krachten veroorzaken en dus makkelijk tot schade aan de tussenwervelschijven leiden door wringing. Dit kan zich uiteindelijk uiten in een hernia, waarbij de anulus fibrosis kapot is gegaan en de nucleus pulposes uitstulpt.

Nadeel van side-mounted camera's. Nu wordt dus ook duidelijk waarom een camerahelm vooral in het frontale vlak symetrisch moet zijn opgebouwd. Want bij de opening van de parachute ontstaat met name bij side-mounted camera's naast een buiging in de nek ook een rotatie door het gewicht aan één kant. Zoals hierboven al is beschreven leidt deze combinatie van flexie en rotatie gemakkelijk tot schade aan de pees- en botstructuren in de nek. In eerste instantie zullen deze krachten worden opgevangen door de daarvoor geschikte nekspieren, maar de piekkrachten in deze beweging kunnen al snel de fysieke tolerantie overschrijden, met als gevolg schade aan de anulus fibrosis en in het ergste geval de wervellichamen zelf (bijvoorbeeld een gebroken nekwervel). Als je dus een camera aan de zijkant wilt hebben zorg dan dat je er ook een aan de andere kant hebt. Dan ben je in ieder geval symetrisch.Wie denkt dat dit effect genegeerd kan worden door het geringe gewicht van de hedendaagse videocamera's komt bedrogen uit. Het Amerikaanse leger heeft in een onderzoek ontdekt dat zelfs een gewicht van enkele honderden grammen al tot duidelijk groter meetbare krachten op de wervelkolom kan leiden door openingsschokken van parachutes. Aangezien een serieuze camerahelm al snel een veelvoud van enkele honderden grammen weegt is de opstelling dus extra belangrijk. Bovendien kunnen tijdens piekmomenten in de opening de krachten meer dan 10G halen, oftewel je camera van 500 gram weegt dan kortstondig 10x zoveel, 5 kg dus. Ook de snelle opbouw van deze kracht is extra schadelijk voor je nek, omdat de spieren niet zo snel een tegenkracht kunnen leveren.

De meest ideale houding tijdens het openen. Om de nek dus zo min mogelijk te belasten dient het zwaartepunt van het hoofd plus de helm zoveel mogelijk boven het rotatiepunt gehouden te worden. Hoewel bijna alle nekwervels bijdragen aan voor- / achterwaartse rotatie (flexie en extensie) moet het zwaartepunt dus zoveel mogelijk boven de tweede nekwervel worden gehouden.Bij de opening is het dus raadzaam om naar de horizon of iets omlaag te blijven kijken, dit om te voorkomen dat je met je camera's vast komt te zitten in de lijnen tijdens een rare opening of een flinke twist tot in de nek. Zodra er line-stretch is kan er beter naar de horizon worden gekeken in plaats van iets omlaag, omdat anders de spanning op de nekspieren erg groot kan worden tijdens de peakforce doordat het zwaartepunt van de helm dan ver voor het rotatiepunt hangt.

Hierboven zie je wat er gebeurt met je wervels als je voor- en achterover buigt (flexie & extensie). Met name in combinatie met rotatie is flexie funest voor de spier- pees- en botstructuren in de nek en rug.

Bij de camera-opstelling met alle camera's bovenop is dit eingelijk het enige nadeel: als je naar de grond kijkt is je hefboom groter dan bij de opstelling met de camera voorop.
Tijdens de sniffelfase kan er even naar boven worden gekeken om de koepel te controleren indien gewenst, al is dit na enige ervaring niet noodzakelijk: de openingsschok zal voldoende zijn om te weten of de koepel open is en de tijd tussen het loslaten van de pilot-chute en de peakforce zal enigzins bekend zijn. Als je toch naar boven wilt kijken tijdens de opening heeft de camera-opstelling met alle camera's bovenop een groot voordeel: het hoofd hoeft minder naar achteren geroteerd te worden om de koepel te kunnen zien omdat er geen fototoestel aan het voorhoofd in de weg hangt, hierdoor kan het zwaartepunt van de helm redelijk dicht boven het rotatiepunt blijven, waardoor de helm niet aan de nekspieren aan de voorkant van de nek hangt. Bij de camera-opstelling met het fototoestel voorop ligt het zwaartepunt weliswaar meer naar voren, waardoor het hoofd meer naar achteren geroteerd kan worden voordat het zwaartepunt boven het rotatiepunt valt, maar dit is ook noodzakelijk om de koepel te kunnen zien. Tijdens een harde en sneller dan verwachtte peakforce kan er dan alleen grotere schade ontstaan doordat er minder bewegingsruimte over is om het hoofd te vertragen en dus moet de kracht over een kortere afstand en tijd verdeeld worden. Dit leidt naast een grote kracht op de spieren aan de voorkant ook tot een grote compressiekracht in de wervel door de rotatie van de nekwervels (zie hiernaast). Het ontwerp van de nek is zodanig dat krachten die leiden tot flexie (voorover buigen) makkelijker kunnen worden verdragen dan krachten die leiden tot extensie (achterover buigen). Daarom zal een opening waarbij het hoofd achterover "slaat" eerder tot nekklachten leiden dan een opening waarbij het hoofd voorover slaat.

Ook voordelig in vrije val.
De camera-opstelling met de camera's bovenop heeft nog veel meer voordelen. Ook in vrije val is de stress op de nek minder. Tijdens het filmen van formaties met een camera voorop vangt die een hoop wind bij het filmen op level. Dit zorgt voor een belasting van de spieren aan de voorzijde. Tijdens het flimen van freefly is dit helemaal het geval door de hogere snelheid. Behalve nekbelasting is een ander voordeel de betere aerodynamca rondom de helm in vrije val. Dit leidt tot minder trillingen en dus een rustiger beeld.

Tot slot.
In bovenstaande is uit gegaan van een Bonehead Flattop Pro of een vergelijkbare helm. Het is niet de bedoeling deze helm te promoten als "enige goede" evenmin om de genoemde camera-opstelling te promoten als "enige juiste". Het heeft slechts tot doel gehad om te illustreren en te benadrukken hoe belangrijk het is om goed na te denken over de opstelling van de camera's op de helm en dat ernaar gestreefd moet worden de massa van helm en camera's zo dicht mogelijk bij de nek te brengen.


Kjeld van Druten: +/- 1000 camerasprongen (op het moment van schrijven).

Bronnen:
Anatomische atlas Sobotta deel I: hoofd, hals, bovenste extremiteit. ISBN 9031317322
Inleiding in de kinesiologie van de mens. ISBN 9039801312
www.pcprg.com/pia01.htm (Openingsschokken)
http://www.backrelief.com/english/diagnosis/necks_unique.html
http://www.spineuniverse.com/displayarticle.php/article1442.html
Artikel over nekklachten en gewicht helmen (US Army Research)

Terug naar boven