신체운동학-생체역학
신체운동학(Kinesiology- 獨 Bewegungswissenschaft) 대상은 움직임의 외부적 측면과 내부적 측면이다. 움직임 외부적 측면은 객관적인 움직임과 자세 유지를 내부적 측면은 객관적인 움직임을 수행하는 운동 기술, 감정, 동기, 감각, 인지적 과정을 칭한다.
움직임 외부적 측면은 바이오 메카닉(생체역학)으로 움직임 내부적 측면은 모토릭으로 나뉠수 있다. 이 글은 우선 생체역학만 다룬다. 또한 한국적 정의와 다소 차이가 날수 있다.
생체 역학은 다시 운동 기하학과 운동역학으로 나뉜다. 운동 기하학은 움직임의 이동과 관련이 있고 운동역학은 움직임을 가능케 하는 힘과 관련이 있다. 운동 기하학은 시간에 따라 물체가 어떤 운동을 하는지, 운동역학은 운동과 힘과의 관계를 다룬다. 운동역학은 다시 움직이는 힘의 변화를 다루는 동역학(Kinetik) 과 힘의 평형을 다루는 정역학(Statik)으로 나뉜다.
움직임은 일반적으로 3가지 유형으로 구분한다. 특정 선을 따라 움직이는 직선적인 움직임(예 : 다이빙), 중심점 또는 중심축을 중심으로 회전하는 움직임 (예: 철봉) 과 두가지 움직임이 혼합되어 나타나는 움직임(예: 달리기, 자전거) 이다.
그러므로 운동 기하학은 직선적인 움직임과 회전적인 움직임, 또는 그 두가지가 혼합된 움직임의 이동을 연구하는 학문이다.
운동역학을 위해 힘에 대해 알아보자.
힘이라는 것은 밀거나 당김을 통해 신체의 움직임을 변화 시키거나 변형 시키는 것을 말한다. 힘의 크기와 방향을 조절하여 힘은 가만히 있는 육체를 움직일수 있고, 움직이는 육체의 방향을 전환 시키거나 속도를 증가시키거나 멈추거나 변형 시킬수 있다. 힘 없이 움직임을 시작하거나 변화시킬수 없다.
힘의 개념과 관련된 뉴턴의 3가지 법칙은 아래와 같다.
1. 관성 법칙(뉴턴의 운동 제1법칙) - Trägheitsprinzip
정지해 있던 물체는 계속 정지 상태로 있고 움직이던 물체는 계속 움직인다. 물체가 자신의 처음 운동 상태를 계속 유지하려는 성질을 관성이라고 한다. 질량이 클수록 관성이 크다.
2.가속도 법칙(뉴턴의 운동 제2법칙) - Beschleunigungsprinzip
물체의 질량이 같을 때 힘의 크기가 클수록 가속도가 크고 같은 크기의 힘이 작용할때 질량이 클수록 가속도가 작다. 물체의 가속도(a)는 물체에 작용하는 힘의 크기에 (F)에 비례하고, 물체의 질량(m)에 반비례한다
힘과 가속도의 관계
물체의 질량이 일정할 때 힘이 F, 2F, 3F,……로 증가하면 가속도가 a, 2a, 3a,…… 로 증가함
질량과 가속도의 관계
작용하는 힘이 일정할 때 질량이 m, 2m, 3m,…… 로 증가하면 가속도가 a, 1/2a, 1/3a,…… 로 감소함
3. 작용 반작용 법칙 (뉴턴의 운동 제 3법칙) - Reaktionsprinzip
모든 작용은 반대방향으로 똑같은 힘을 가지는 반작용이 있다. 아래와 같이 주자가 바닥을 미는 힘과 바닥이 주자에게 주는 힘이 동일하다.
운동 역학은 직선적인 움직임과 회전적인 움직임, 또는 그 두가지가 혼합된 움직임에 가해지는 힘을 연구하는 학문이다.
전이
질량 Masse (m = kg)
힘 Kraft (F = N; F = m x a)
운동량 Impuls (p = m x m/s)
충격량 Kraftstoß (∆p = N x s)
회전
관성모멘트 Massenträgheitsmoment (J = kg x m2)
돌림힘, 회전력 Drehmoment (M = Nm)
각운동량 Drehimpuls (L = kg x m2/s)
각충격량 Drehmomentstoß (∆L = Nm x s)
https://www.youtube.com/watch?v=E-FKLgIC9IE
운동량과 충격량에 대한 자세한 설명은 고등학교 수능 물리를 통해 알수있다.
자료참조 :
http://study.zum.com/book/15202
http://www.sportunterricht.de/lksport/newton3.html
1982년 독일 생체역학자 Hochmuths에 의해 밝혀진 6가지 생체역학의 법칙이 있다.
1. 초기힘의 원칙
팔 백스윙을 끝까지 하며 제동충격량(P2)가 발생하고 T2 이후 가속충격량(P3) 이 발생한다. T2에서 시작되는 충격량을 초기힘이라 칭한다. 이는 가속 충격량을 높이고 최대속력에 도달하도록 돕는다. 제동충격량(P2)와 가속충격량(P3)의 비율이 1:3 시 최적의 점프를 할수 있다.
2. 최적의 가속도 경로의 원칙
신체 각도와 시간적 조건을 고려했을 때 그래프 상 가속도의 길이가 최적이 나타나는 것을 말한다.
충분히 오랫동안 힘을 신체에 가하기 위해 무게중심점을 낮추는 것이 필수적이지만 과도하게 무게중심점을 낮추는 것은 권장되지 않는다. 왜냐하면 무게중심점을 극복 할때 무릎 관절에서 불균형적인 비가 나오기 때문이다. 또한 인간의 근육은 특정 신장범위까지 최적의 퍼포먼스를 구현할수 있다. 그러므로 가속도 경로는 적절하게 구현되어야 한다.
3. 최적의 가속도 발생 시점의 원칙
복싱과 펜싱의 경우 초기에 가속도를 발생시키는 것이 필요하고 투포환 던지기의 경우 마지막 무렵즈음 힘을 최대로 내는 것이 필요하다. 그러므로 최적의 가속도 발생 시점은 종목별로 다르다.
4. 시간적 코디네이션의 원칙
여러 부분 동작을 통해 발생한 가속 충격량이 최적으로 맞아야 한다. 움직임들은 가속도를 내기 위해 여러 근육과 근육 그룹에 의해 작용된다. 높이 뛰기를 할때 다리, 팔, 복근이 중요한 역할을 한다.
5. 반작용의 원칙
원래 움직임과 반대로 작용되는 움직임이 발생한다. 주자가 바닥에 미는 힘과 바닥이 주자를 미는힘이 발생한다.
6. 충격량 보존의 원칙
사지의 응축을 통해 회전움직임이 힘의 도입 없이 가속도가 날수 있다
