운동 역학 Part.1

​안녕하세요. 트레이너 이영진입니다.

이번 주부터는 요즘 공부하는 책을 보며 중요하고, 더 알고 싶은 내용 위주로 포스팅을 하겠습니다.

오늘은 운동 역학의 대해서 포스팅 하겠습니다.

스포츠, 운동 그리고 일상적인 동작 거의 모두가 생체역학적 원리를 따릅니다.

생체역학적 지식을 알면 사람들의 목적과 부합하는 운동을 선택할 수 있는 능력을

향상시킬 수 있고 또 대부분의 운동에서 일어날 수 있는 부상의 개연성을

최소화시킬 수 있기 때문에 생체 역학적 지식은 필수적입니다.

1. 근골격계에서의 지레

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뼈, 관절 그리고 골격근으로 이루어진 지레는 대부분의 사지와 전신을 움직이게 합니다.

​스포츠, 운동 그리고 일상적인 동작에서는 지면, 물체 그리고 상대방에게 외력을 작용시키기 위해

골격계의 지레를 통해 움직임이 이루어집니다.

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지레    회전축을 중심으로 회전할 수 있는 강체나 부분 강체구조. 지레는 회전축을 중심으로 회전한다. 지레는 회전을 방해하는 저항체를 이길 수 있다.

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받침점    지레가 회전하는 데 중심이 되는 지점

힘의 작용선    힘이 작용선을 통과하는 직선

모멘트 팔    지레팔, 힘팔, 또는 토크팔이라고도 불리며, 받침점으로부터 힘의 작용선까지의 수직선

토크 (또는 모멘트)   힘이 작용해서 받침점을 중심으로 물체가 회전하려는 경향. 정량적으로, 토크는 힘과 모멘트 팔의 곱

근력    근육이 전기적인 자극으로 수축되어 그 말단에서 발생한 힘

저항력    근육이 수축하려는 것을 억제할 수 있는 중력, 관성 또는 마찰과 같은 요인에 의해 발생된 힘

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역학적 이득    지레에 작용한 힘에 대해 산출된 힘 간의 비율

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1 종 지레

받침점을 중심으로 작용력과 저항력이 서로 반대쪽에서 작용하는 지레.

예를 들면 엉덩이를 바닥에 데고 다리를 몸통을 V자로 만들어 윗몸을 일으키는 경우, 목을 뒤로 젖히는 경우,

서 있을 때나 앉아 있을 때 머리(외적인힘)와 목의 신전근(내적인 힘)으로 인한 목의 정렬

2 종 지레

받침점을 중심으로 작용력과 저항력이 같은쪽에서 작용하고 작용력에 의한 모멘트 팔보다 저항력에 의한

모멘트 팔이 짧아 역학적 이득이 1보다 큰 지레.

예를 들면 바닥에 엎드려서 팔굽혀펴기동작, 바르게 서서 종아리로 뒷꿈치를 들어주는 동작,

​병따개로 병을 따는 거, 짐이 든 외발수레를 끌고 가는 동작등이 2종 지레에 속한다.

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3 종 지레

받침점, 작용력, 저항력의 순서대로 놓인 지레. 작용력에 의한 모멘트 팔이 저항력에 의한 모멘트 팔보다

항상 짧기 때문에 역학적 이득은 1보다 작다. 근력이 저항력보다 항상 커야 한다.

예를 들면 발과 엉덩이를 바닥에 데고 윗몸 일으키기 동작, 덤벨 들고 팔 접어 올리는 동작(Biceps Curl),

​핀셋, 젓가락, 집게 등으로 물건을 집는 동작, 낚시대로 물고기를 잡아 올리는 동작 등이 3종 지레에 속하게 된다. 

임상에서의 적용

  일반적으로 우리 몸은 역학적으로 이득이 별로 없는 제3형지레가 많이 있습니다.

그래서 외적인 힘을 이기기 위해서는 내적인 힘이 많이 필요합니다.

이러한 점은 관절에 상당한 압박력과 전달력을 생산해 냅니다.

이러한 것들을 흡수 분산하기 위해 관절연골, 지방패드, 점액낭 등이 존재하는데 몸의 퇴화나 질병으로 인해

이러한 것들이 퇴행되어 제 역할을 못한다면 관절을 부분적으로 퇴행하게 되고

만성적인 염증이나 통증을 유발 시 킬 수 있습니다.

따라서 이러한 것들의 부담을 줄이기 위해서는 근력의 강화가 꼭 필요한 것입니다.

2. 근력과 파워

근력, 파워, 일의 정의

일반적으로 근력은 힘을 발휘할 수 있는 능력으로 표현합니다.

근력을 측정할 수 있는 많은 방법이 있지만, 근력을 측정할 수 있는 가장 정확하고

오래된 방법은 ' 얼마나 많은 무게를 사람이 들어올릴 수 있는가 ' 를

측정하는 것입니다.

다른 정석적인 방법은 상대와 직접적인 근력 싸움인

팔씨름이나 줄다리기로 측정하는 것입니다.

최근에는 힘 변환기를 활용하여 근력을 측정할 수 있는

여러 방법들이 발전되고 있습니다.

일상적인 신체활동에서 볼 때 신체 분절, 전신 또는 외부 물체

( 가방, 쓰레기통, 운동기구 등등)들의 움직임은 속도가 증가하거나(가속) 속도가

감소하는(감속) 경우가 대부분입니다.

속도와 힘의 관계에 따르면 움직임 스피드가 증가할 수록 발휘될 수 있는 근력은

감소하며, 이는 개인에 따라 그 능력이 다르게 나타납니다.

그러므로 등척성 근력 또는 저속도에서의 근력이 좋다고 빠른 스피드에서의 가속을

요구하는 동작, 예를 들어, 탁구, 킥복싱, 장작패기, 파리채질을

잘할 수 있다고 단언하기 어렵습니다.

이러한 이유로 근력은 ' 어떤 특정한 움직임의 속도에서 발휘할 수 있는

힘의 크기 ' 라고 구체적으로 정의하고 있습니다.

여러 스피드에서의 힘을 직접적으로 측정하려면 정교한 도구가 필요하지만,

볼을 투사시켜 날아간 거리로 그 무게를 측정하듯이 간접적으로도

근력 유형과 관련된 유사 정보를 얻을 수 있습니다.

간단하거나 정교하거나, 직접적이거나 간접적이거나, 이러한 검사들은 등척성 검사

또는 최대 리프팅 운동 검사에서 더욱 많은 정보를 제공하게 됩니다.

어떤 체력 훈련 전문가들은 파워를 상대적으로 빠른 스피드에서의 근력으로

또 근력을 천천히 중량을 들거나 등척성 근력을 발휘할 수 있는 능력으로 표현합니다.

그러나 일상에서 파워는 힘을 발휘할 수 있는 능력으로 통상 쓰이게 됩니다.

등척성 그리고 저속도에서의 근력이란 제한적 의미는 빠른 스피드에서 힘을

발휘할 수 있는 능력을 측정하는데 큰 관심을 불러 일으키게 되었습니다.

그렇지만 학계나 기술계에서 정확히 정의되고 있는 것처럼 파워는 일에 대한

시간의 변화량 즉, 일률이고, 일은 물체에 가한 힘과

그 방향으로 물체가 움직인 거리를 곱한 양입니다.

일 = 힘 × 움직인 거리

파워 = 힘 × 움직인 거리 ÷ 시간 = 일 ÷ 시간

= 힘 × 속도

저항운동에서의 일의 계산

전통적으로 웨이트 리프팅(weight lifting)은 수행하는 모든 세트에 대해 중량의 무게에

반복 횟수를 곱하고 더하여 정량화한다.

리프팅 운동에 포함된 일을 정확히 평가하기 위해서는 반복하는 동안 중량물이

움직인 수직거리를 측정하는 것이 필수적이다.

​일=무게 x 수직거리 x 반복 횟수

단순 중량물 운동을 할 때 바가 가장 낮은 위치에 있을 때와 가장 높은 위치에

있을 때의 수직거리를 측정할 수 있으며, 중량물이 움직인 수직 거리는

두 측정치의 차이로 구할 수 있다.

국제 단위계에서 무게는 N(kg곱하기9.8)그리고 거리는 m를 사용해야 한다.

또한 신체의 무게도 고려되어야 한다.

예를 들면 래터럴 레이즈 동작으로 덤벨을 들어올리면 이는 덤벨의 무게뿐만 아니라

팔의 무게까지 들어올려진 것이다.

그래서 전체 일량은 덤벨의 일에 팔의 일을 포함시켜야 한다.

이러한 경우는 신체의 주요한 부분이 수직으로 움직이는 운동에서 더욱 중요하다.

스쿼트 동작에서는 신체의 대부분이 반복할 때마다 들어 올려지기 때문에

바벨의 무게에 체중을 더하는 것은 거의 근사한 값을 얻게 되는 것이다.

만일 레그 프레스 머신이 스텍을 들어올린다면,

이는 스텍과 스텍 판을 붙들고 있는 머신의 무게에 대해 저항하는 것이다.

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실제 저항력=마루와 트랙이 형성한 각도의 싸인 값 x 판을 더한 슬레드의 무게

회전 운동에서의 일과 파워

앞에서 설명한 일과 파워는 물체에 힘을 가해 공간에서 위치 이동을 한

상황과 관련이 있다.

뿐만 아니라 물체가 공간에서 위치 이동을 하지 않았다 하더라도

회전만 하여도 일과 파워를 적용시킬 수 있다.

각도의 국제단위계는 라디안이며 57.3도와 같다. 물체의 회전 스피드를 각속도라 하며,

회전 파워를 계산하기 위해서는 deg/sec로 변환시키는 것이 필요하다.

토크(torque)는 뉴턴. 미터(N.m)로 표현하며 이는 일의 단위와 같아 보인다.

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회전 일(J)+토크(N.m) x 각 변위(rad)

일상생활이나 스포츠 활동 중에서 힘이 작용하여

상당히 다양하게 속도가 변하는 경우도 있고 어떤 움직임은 큰 저항에 비해

상대적으로 낮은 스피드를 유지하기도 한다 .