운동 역학이란?

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1. 운동역학의 정의와 필요성

    스포츠는 과학입니다. 그래서 운동 선수들은 역학적 이해를 통한 동작의 효율성을 극대화하기 위해 끊임없이 도전하고 신체의 한계를 넘으려 애쓰는 것 같습니다. 즉 이러한 한계를 뛰어넘기 위해 신기술을 개발하고 경기력을 향상하는 것이지요. 모든 스포츠는 그 특성에 맞는 운동법을 반복 학습하고 효과적으로 체득하는 선수가 최후의 승자가 될 수 있을 것입니다. 이러한 운동법은 역학, 생리학, 해부학적 기초지식을 활용해 인체 운동을 이해해야 하고, 특히 물체의 운동을 일으키는 힘과 힘의 작용 결과로 발생하는 물체의 운동을 연구해야 합니다. 이러한 학문을 우리는 운동역학이라고 정의합니다.

 

   운동역학의 학문 영역은 정역학, 동역학, 운동학, 운동역학 및 인체 측정학으로 영역이 구분되어 있습니다.

정역학과 동역학은 말 그대로 정적인 상태에서의 힘을 연구하는 학문이고 동역학은 신체 또는 물체가 가속되는 상태에서 힘이 발생하는 것을 연구하는 학문입니다.

 

   운동학과 운동역학은 용어상 유사해 보이나, 운동학은 물체에 작용하는 힘을 고려하지 않고 물체의 속도 및 가속도 등을 계산하는 학문이고, 운동역학은 힘을 고려해 물체의 운동을 해석하는 학문입니다.

인체 측정학은 주로 체육 측정 평가에서 연구하는 부분으로, 인체의 각 관절 등과 관련된 부위들을 측정하는 학문입니다.

 

   따라서 운동역학을 통해 스포츠 지도자는 선수들의 운동학습 효과를 극대화하는데 활용하고, 스포츠 과학자는 스포츠 지도자와 협력적인 관계를 유지하여 연구이론을 현장에 적용할 수 있도록 함으로써 최종적으로 선수들의 경기력이 향상되는 것에 이바지하는 것입니다.

 

 

 

2. 운동역학의 역사

   운동역학이라는 용어는 19세기 말경 나타나기 시작했습니다. 하지만 역학적 연구는 고대 그리스부터 시작되었다고 하고 우리가 잘 알고 있는 아리스토텔레스(Aristoteles)를 운동역학의 시초로 보고 있습니다. 중세에 이르러 필로포누스(John Philoponus, 490-570)와 뷔리당(Jean Buridan, 1300~1358)으로 이어져 근대에 이르게 됩니다.

 

   근대를 대표하는 학자로는 뉴턴(Isaac Newton, 1643-1727)이 있습니다. 뉴턴은 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus, 1473-1543)로부터 촉발된 17세기의 과학혁명(Scientific Revolution)을 대표하는 상징적 인물입니다. 우리는 학창 시절 뉴턴의 운동법칙에 대해 배웠고 수많은 스포츠가 이 물리학 법칙하에 있음을 알고 있습니다.

 

   1930년대 들어 고속 촬영기를 통한 연속사진을 관찰/측정하여 스포츠 기술을 운동기능 학적으로 분석하였습니다. 운동학계는 1950년대부터 연구 문서, 장비 도입 및 연구 기법의 다양화를 통해 깊이를 더해 가게 됩니다.

이후 1980년대는 미국에서 발전한 운동역학 연구 동향이 전 세계로 퍼져나가는 시기였습니다. 이때는 컴퓨터의 발전과 함께 다량의 자료를 수집하여 분석함으로써, 힘의 측정과 여러 동작에 의한 가속도 변화 해석 및 시뮬레이션이 가능하게 되었습니다.

 

   지금까지도 운동역학 분야의 연구와 장비의 발달로 인해 더욱 빠르고 정확한 연구가 가능해지고 있습니다.

 

 

3. 운동역학의 연구 방법

   운동역학은 정성적/정량적 분석, 영상분석 및 힘의 직접 측정으로 연구 방법을 구분할 수 있습니다.

 

   첫 번째는 정성적 분석(Qualitative Analysis)입니다. 이 방법은 지도자의 경험과 지식 또는 선수의 영상 분석 등을 바탕으로 선수에게 즉각 사용할 수 있다는 장점이 있으나, 주관적 판단이 개입되어 선수와의 판단 기준 차이로 인해 잘못된 피드백을 제공할 수 있습니다. 따라서 지도자는 동작을 정확히 분석할 수 있는 능력이 중요하고, 객관성이 확보될 수 있어야 합니다.

 

   두 번째는 정량적 분석(Quantitative Analysis)입니다. 정성적 분석과는 달리 객관화된 수치적 자료를 바탕으로 분석하는 방법입니다. 인체의 움직임을 과학적으로 분석하기 위해 필수적인 방법이지만 비교적 많은 시간이 소요된다는 단점이 있습니다.

 

   세 번째는 영상 분석입니다. 영상 분석은 말 그대로 선수의 동작을 기록하여, 그 장면을 재생시키면서 분석하는 방법입니다. 영상 분석은 2차원(평면) 분석과 3차원(입체) 분석으로 나눌 수 있습니다. 하지만 대부분의 움직임은 공간상에서 매우 복잡한 형태로 일어나기 때문에 3차원 영상 분석 기법을 이용하는 것이 바람직합니다.

 

   마지막으로 힘의 직접 측정입니다. 영상 분석 기법으로도 작용하는 힘을 추정할 수 있지만 오차가 커 부정확하므로, 인체에 작용하는 힘은 직접 측정하는 것이 좋습니다. 힘의 측정은 외부의 충격을 전기의 세기로 변환하여 측정하는데 대표적인 측정장치는 압력판(Force Platform)이 있습니다.

 

 

 

4. 주요 용어

• 힘: 운동을 유발하는 원인

• 자유물체도(free body diagram): 작용하는 힘들 사이의 관계를 도식화한 그림

• 지면반력(ground reaction force): 물체가 지구에 가해진 힘에 대한 반작용으로 지구에 의해 발생하는 크기는 동일하고 방향은 반대인 힘을 의미

• 관성(inertia): 물체가 정지 상태를 계속 유지하거나 또는 움직이는 물체가 속도 변화 없이 직선으로 계속 움직이려는 경향으로 질량에 비례

• 구심력(centripetal force): 회전하는 물체가 회전축을 향해 작용하는 힘

• 관성모멘트(moment of inertia): 회전 관성 또는 회전 저항과 동일. 회전 관성은 회전하는 물체의 질량과 회전축에 대한 분포된 질량의 거리에 따라 달라짐.

• 토크(torque): 회전축으로부터 일정한 거리에서 힘이 작용함으로써 발생하는 회전 효과

• 근력(strength): 저항에 대항하여 힘을 가하는 근육의 능력

• 지레: 축을 중심으로 회전할 수 있는 비교적 단단한 막대로 구성된 기계. 신체의 뼈, 관절, 근육은 함께 지레 시스템으로 작용

• 무게중심(center of gravity): 물체의 질량과 무게가 모든 방향에서 평형을 이루는 지점으로 중력이 집중되는 지점

• 선운동(liner motion): 물체의 모든 부분이 같은 방향, 같은 속도로 움직이는 운동을 말하는데, 병진운동이라고도 함.

• 각운동(angular motion): 공중회전, 트위스트, 구르기, 스윙 등과 같이 순환 또는 회전하는 운동으로 회전운동이라고도 함.

• 운동량(momentum): 운동의 양을 말한다. ‘물체의 질량×속도’로 계산

• 충격량(impulse): 힘이 작용한 시간과 충돌할 때 작용한 힘의 곱

• 마찰(friction): 운동하는 한쪽 표면과 다른 표면 사이에서 반대로 작용하는 힘

• 항력(drag): 물이나 공기와 같은 유체 속에서 물체의 운동에 상대적으로 저항하는 힘으로 작용하는 방향은 물체의 운동에 반대임.

• 양력(lift): 유체의 흐름에 수직 방향으로 유체 내의 물체에 작용하는 힘.

• 일(work): 역학에서의 일은 ‘힘×물체가 이동된 거리’

• 에너지(energy): 일을 수행할 수 있는 능력

• 파워(power): 행하여진 역학적 일의 비율로, ‘힘×물체가 이동한 거리’

 

스포츠에 관심이 많은 여러분~공부 열심히 해보아요~

2023.01.20 - [분류 전체보기] - 환영합니다!

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