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운동역학이란 무엇인가?What is Biomechanics?

학습 목표

• 운동역학, 정역학, 동역학, 운동학 및 운동역학을정의하고, 이들 학문간의 상호작용을 설명할 수 있다.

• 생체 역학자들이 추구하는 연구과제를 기술할 수 있다.

• 인간 움직임을 분석하기 위해서 사용되는 정량적 분석및 정성적 분석을 구별할 수 있다.

• 정량적으로 분석하기 위해서 어떻게 질문을공식화하는지 설명할 수 있다.

• 공식화된 문제를 해결하는 데 11단계 방법을 사용할수 있다.

도입 글

• 운동역학적 문제들의 예

• 골퍼들은 왜 슬라이스 볼을 치는가?

• 체육교사가 언더 핸드 서브를 배우는 학생들에게어떻게 지도해야 도움을 줄 수 있을까?

• 왜 노인들은 낙상의 위험이 높은가?

• 운동기술을 빨리 배우는 학생과 그렇지 못한학생이 있는데, 왜 그럴까?

• 인간움직임의 운동역학과 관련된 위와 같은 문제들을찾아내서 분석하고, 해결하기 위한 기초지식을 함양

운동의 중요성

• 일반인들의 운동 장면

– 테니스, 배드민턴 (경쟁적인 스포츠)

– 조깅, 스키 (개인적인 운동)

– 골프, 마라톤, 태권도

– 야구 관람 (관중으로서 스포츠 참가)

• 관심, 열정, 찬사와 호감

– 월드컵 축구 경기 장면

• 건강과 체력의 증진

• 부상 예방

• 스포츠 장비 개발

– 스키, 골프 클럽, 싸이클, 크랩 스케이트 등

• 운동 수행력의 향상

– 신체 훈련에 관한 과학적인 연구

– 코칭 기술의 발전

스포츠 연구의 주요 목표

정의 (1/3)

• 운동역학 (Biomechanics)

– 생물체의 연구에 역학적 원리를 적용시킨 학문

• 역학 (Mechanics)

– 질점(particles) 및 역학적 시스템에 작용하는 힘을분석하는 물리학의 한 분야

• 정역학 (Statics)

– 운동의 일정 상태(운동이 없는 상태 + 일정한속도로 움직이는 상태)에 있는 시스템을 다루는역학의 한 분야

• 동역학 (Dynamics)

– 가속 상태에 있는 시스템을 다루는 역학의 한 분야

정의 (2/3)

• 운동학 (Kinematics)

– 공간과 시간을 기초로 운동을 기술하는운동역학의 한 분야

• 운동역학 (Kinetics)

– 움직임의 원인이 되는 힘을 연구하는운동역학의 한 분야

• 인체측정학 (Anthropometric)

– 신체 분절의 치수와 무게와 관련된 요인

– 예: 사이즈, 형태, 무게 등

정의 (3/3)

• 운동 기능학 (Kinesiology)

– 인간 움직임을 연구하는 학문

• 스포츠의학 (Sports Medicine)

– 스포츠나 운동의 임상 및 과학적 측면에서연구하는 학문

– 미국대학스포츠의학회 (American College of

Sports Medicine, ACSM)

• 운동역학 (Sports Biomechanics)

– 인간 움직임의 연구에 역학적 원리를 적용시킨운동역학의 한 분야

생체 역학자들의 연구과제 (1/5)

• 이동 형태

– 두 발(터키) vs 네 발(개)

• 특별한 움직임에서의 에너지 소비

– 최적의 에너지 소비는?

• 이동형태 전환

– 아이들은 자라면서 체격과 운동 기술이변하면, 걸을 때 에너지 소비도 향상

생체 역학자들의 연구과제 (2/5)

• 미항공우주국(NASA)

– 골 밀도, 미네랄, 하지 근력 감소

• 골다공증 (Osteoporosis)

– 뼈의 미네랄 질량과 강도의 감소

– 60세 이상 노인들의 90%

• 움직임 가동성 저하

– 노화균형 능력 감소낙상 위험 증가

• 임상 연구

– 뇌성마비 보행, 무릎 절단자 보행 향상

• 작업치료 연구

– 작업과 관련된 부상, 작업 조건 및노동자의 작업 수행에 초점

– 수근터널증후군(carpal tunnel syndrome) : 새로운 키보드 제작

생체 역학자들의 연구과제 (3/5)

• 스포츠 수행력 향상

– 싸이클 : 헬멧, 의류, 자전거 디자인

– 수영, 육상, 스케이팅, 스키에서의 의류

– 스케이팅 : 크랩 스케이트

– 풍동 실험 : 스키 점프, 각종 장비 및 의류

– 도약 종목 테크닉

– 엘리트 선수의 야구 피칭

생체 역학자들의 연구과제 (4/5)

• 특별한 종목에서의 역학적 분석

– 컴퓨터 시뮬레이션 : 원반 던지기

– 투사각도, 속도, 높이, 공격 각도

– Oerter : 43세에 올림픽 최고기록 8.2m 경신

• 안전 향상 및 부상 감소

– 스포츠 신발 디자인

– 스키 부츠와 바인딩

– 무릎보호대

생체 역학자들의 연구과제 (5/5)

왜 운동역학을 공부하는가?

• 건강과 운동 수행력과 관련된 문제들을 해결

• 운동역학적 지식을 유용하게 활용하는 사람들

– 체육 교사, 물리 치료사, 내과 의사, 코치, 개인트레이너, 운동 지도자

• 운동분석 전문가

– 왜 수영이 골다공증 환자에게 최상의 운동이 아닌가?

– 저항 운동 기계에 숨겨진 역학적 원리는?

– 무거운 물건을 들어올릴 때 가장 안전한 방법은?

– 어떤 각도에서 공이 최대로 날라갈까?

– 골퍼들은 왜 슬라이스 볼을 치는가?

문제-해결 방법

• 인간 움직임의 2가지 분석 방법

–정량적 분석방법(Quantitative)

• 6미터, 3초, 50번 회전, 2명의 선수,

10달러, 등

–정성적 분석방법(Qualitative)

• 좋은, 형편없는, 긴, 무거운, 유연한,

회전하는, 영리한, 등

일반적인 질문의 예

• 움직임이 적당한(최적의) 힘으로 수행되고있는가?

• 움직임이 적당한 운동범위로 수행되고 있는가?

• 신체 움직임 순서가 기술을 수행하는데적당(최적)한가?

• 노인들은 왜 낙상하는 경향이 있는가?

• 이번 퍼팅은 왜 짧을까?

특별한 질문의 예

• 보행의 지지기 동안에 과도한회내동작(pronation )이 일어났느냐?

• 팔꿈치가 완전히 펴진 순간에 볼이던져졌느냐?

• 내측광근(vastus medialis obliquus, VMO )의강화운동이 무릎뼈(patella)가 어긋나있는것을 교정할 수 있느냐?

공식적인 문제:

3가지 구성 요소

1) 주어진 정보의 설정

2) 특별한 목적, 해답, 또는 발견

3) 주어진 정보로부터 해답을 얻기 위해서사용되는 연산 또는 과정

공식적 문제의 예제

어떤 야구 선수가 레프트 필드에 깊은 3루타를쳤다. 그가 3루 베이스에 다다랐을 때 포수에게던져진 공이 악송구 임을 알고 홈플레이트를 향해달리기로 결정했다. 포수는 홈플레이트로부터10m 떨어진 곳에서 공을 잡아 5m/s의 속도로홈플레이트를 향해 달려오고 있다. 베이스 러너는홈플레이트로부터 15m 떨어진 거리에서 시속9m/s의 속도로 달려오고 있다. 누가 홈플레이트에먼저 도착할까?

공식적 문제의 해결 (11단계)

1) 주의 깊게 문제를 읽고 확실히 이해한다.

2) 주어진 정보를 기록한다.

• 주자의 속도 = 9 m/s

• 포수의 속도 = 5 m/s

• 홈플레이트에서 주자까지의 거리 = 15 m

• 홈플레이트에서 포수까지의 거리 = 10 m

3) 해결해야 할 정보를 기록한다.

• 누가 홈플레이트에 먼저 도착할까?

4) 주어진 정보와 해결해야 할 정보를 보여주는문제상황의 다이아그램을 그린다.

공식적 문제의 해결 (11단계)

5) 사용할 공식을 써 둔다.

• 시간 = 거리 / 속도

6) 사용할 공식을 확인한다.

• 위 공식은 문제 해결에 적합하다.

7) 위에서 제시한 공식만으로 해결할 수 없다면,

추론할 수 있는 필요한 정보가 더 있는지문제를 다시 읽는다.

• 제시된 정보만으로 충분하다.

공식적 문제의 해결 (11단계)

8) 주어진 정보를 공식에 대입하라.

• 시간 = 거리/속도

• 포수: 시간 = 10m/5ms-1

• 베이스 러너: 시간 = 15m/9ms-1

9) 얻고자 하는 해답을 찾기 위해서 방정식을풀어라.

• 포수: 시간 = 10m/5ms-1 = 2s

• 베이스 러너: 시간 = 15m/9ms-1 = 1.67s

공식적 문제의 해결 (11단계)

10) 해답이 맞는지 검토하여라.

11) 해답을 명확하게 박스화 하여라.

• 타자가 홈 플레이트에 0.33초 먼저들어온다.

• *주의: 해답에서 사용한 단위가 올바른지확인하여라.

측정 단위

• 영국식 단위 (English system)

– 상업과 토지분배를 목적으로 영국에서 개발

– 미얀마, 부르네이, 예멘, 미국에서 사용

• S.I. 또는 미터법 (Metric system)

– 국제적, 모든 과학단체에서 사용

• 변환

– 1 inch = 2.54 cm, 1 feet = 30.48 cm

– 1 mile = 1.609 km, 1 yard = 0.914 m

– 1 gallon = 3.78 liter, 1 kg = 2. 2 pound (체중)

– 1 pound(lbs) = 약 4.45 N

요 약

• 운동역학은 생체의 구조와 기능을 연구할 때역학적 원리를 적용하는 분야

• 운동역학자들은 인체 움직임과 관련된광범위한 연구과제를 다룸

• 운동역학적 지식은 체육교사, 물리치료사, 임상의사, 코치, 트레이너, 운동지도자 등인체의 움직임을 분석하는 사람들에게 필요

• 운동역학적 지식은 인체 움직임과 관련된문제와 질문을 검증, 분석, 해결 할 수 있음

토 론 (각자)

• 운동역학적 지식이 자신의 특기 종목이나,

자신이 의도하고 있는 전문분야나 직업에얼마나 유용할 지에 대해서 토론해보자.

토 론 (그룹)

• 인체움직임이나 운동기술 동작 (체조, 하이다이빙 등)을 촬영한 동영상을 본다. 여러 번그 동작을 본 다음 일반적인 질문 3가지와특별한 질문 3가지의 리스트를 만들어라.

– 일반적인 질문 3가지 :

– 특별한 질문 3가지 :

실험 실습 (그룹)

• 그룹 내 한 학생이 제자리 걸음 동작을계속해서 수행한다. 나머지 학생들은 앞에서,

옆에서, 뒤에서 이를 관찰한다. 각자의위치에서 관찰한 사항을 토론해보자.

– 앞에서 관찰 :

– 옆에서 관찰 :

– 뒤에서 관찰 :

• 운동역학은 생물체의구조와 기능과 관련된문제를 풀 때, 역학적원리를 이용

- 인체측정학적 특성은운동선수로 하여금 하나의스포츠 종목에서 성공할수 있는 가능성을높여주지만, 또 다른종목에선 불이익을 초래할수 있다.