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운동역학과 운동기술의 이해
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운동역학의 이해
- 운동역학의 개념
- 운동역학의 목적
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운동역학의 연구영역
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정역학
- 작용하는 힘들사이의 평형상태를 주요 분석대상으로 한다.
- 인체 및 분절의 중심, 크기, 형태, 자세안정성, 정적근력
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동역학
- 작용하는 힘들사이의 평형이 이루어지지 않아 결과적으로 운동상태가 변화하는 것에 관심(비평형)
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운동학
- 힘과 관계없이 동작의 기하학적인 면에 초점
- 변위
- 속도
- 가속도
- 위치
- 운동방향
- 무게중심
- 인체중심
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운동역학
- 운동의 원인이 되는 힘에 관한 분석에 초점
- 근력
- 지면반력
- 관성모멘트
- 마찰력
- 충격력
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운동역학의 기초지식
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인체운동의 생체 역학적 표현
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인체의 기준자세
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해부학적 자세
- 시선을 정면에 두고 양팔을 몸통의 측면에 늘어뜨린채 양손은 손바닥이 전면을 향하도록 하여 양발을 어깨넓이로 벌린 직립자세
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인체의 운동면과 운동축
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운동면
- 전후면
- 인체를 전후로 통과하는 면
- 정중면이라고도 한다.
- 인체가 왼쪽과 오른쪽으로 나뉨
- 좌우면
- 인체를 좌우로 통과하는 면
- 인체가 앞뒤로 나뉨
- 수평면
- 위쪽과 아래쪽 반으로 분할하는 평면
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운동축
- 전후축
- 수평면과 전후면이 공유하는 축
- 좌우면과 직교
- 좌우축
- 수평면과 좌우면이 공유하는 축
- 전후면과 직교
- 수직축
- 전후면과 좌우면이 공유하는 축
- 수평면과 직교
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관절운동
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좌우축, 전후면
- 굴곡, 신전, 과신전, 배측굴곡, 족저굴곡
- 걷기, 달리기
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전후축, 좌우면
- 내전, 외전, 거양, 강하
- 측전, 옆으로 굽히기
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수직축, 수평면
- 회전, 내번, 외번, 회내, 회외
- 몸통회전. 머리회전
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복합적
- 관절을 축으로 원뿔형태의 운동: 회선
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인체분절
- 인체분절은 하나 또는 두 개 이상의 골격으로 이루어진 하난의 활동 단위로서 일반적으로 손, 아래팔, 윗팔, 발, 종아리, 허벅지, 몸통, 머리 등으로 구분
- 몸통 분절이 질량과 부피가 가장 크며 몸 끝으로 갈수록 점점 작아진다. 이러한 인체의 분절 구조 때문에 몸 중심에서 멀어질수록 움직임이 쉽고 동작이 커지게 되어 운동(회전)도 빨라지게 된다.
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포환, 원반, 창던지기 시 엉덩이를 회전시켜 상체를 앞으로 내미는 이유?
- 신체의 질량을 적절한 방향으로 이동시켜 힘을 작용시키는 거리와 시간을 확장
- 신체분절을 순차적으로 가속시킬 때 엉덩이는 하나의 분절로 착용하기 때문에 상체의 운동속도를 보다 빠르게 할 수 있다.
- 엉덩이의 회전은 복부와 가슴의 근육을 신장시켜 이들 근육이 양 어깨와 던지는 팔을 끌어당김으로써
- 투척방향을 향하여 고무줄 새총을 쏘는 것과 같은 자세를 용이하게 취할 수 있도록 도와준다.
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공을 찰 때 차는 다리를 신전시켜야 하는 이유?
- 채찍질동작과 유사한 동작을 수행하기 위함이다.
- 차는 다리를 신전시키면 차는 발은 회전축으로부터 더 멀리에서 공과 접촉하기 때문에 회전반경이 증가되어 다리의 선속도가 빨라져
- 다리의 운동량이 증가되므로 증가된 운동량이 공으로 전이되어 더 멀리 공이 날아간다.
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인체의 기계작용
- 지레시스템은 일하는 양을 변화시키지 못한다.
- 거리나 속도에 이득 또는 힘에 이득
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인체지레
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지레의 요소
- 힘점
- 근육의 착점
- 힘팔
- 받침점과 힘점 사이의 거리
- 받침점(축)
- 저항점
- 무게중심 및 분절에 가해진 외적 부하가 위치한 곳
- 저항팔
- 받침점과 저항점사이의 거리
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힘점, 저항점, 축의 위치에 따라
- 1종지레
- 저항팔과 힘팔의 상대적 길이에 따라 요구되는 힘의 크기가 달라진다.
- 받침점이 힘점과 저항력 사이에 위치
받침점이 저항점에 가까우면 힘에 이득
힘점에 가까우면 속도나 거리에 이득
- V싯업, 농구 자유투
- 2종지레
- 저항점이 받침점과 힘점사이에 위치
- 힘에 이득
- 속도 범위 손해
- 팔굽혀펴기, 조정(노젓기)
- 3종지레
- 힘점이 저항점과 받침점 사이에 위치
- 힘 손해
- 속도범위 이득
- 삽질, 암컬, 싯업, 야구배팅, 축구킥, 카누, 원반던지기
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인체 기계의 효율성
- 지레의 법칙
- 기계적 이익
- 실제상의 기계적 이익 = 저항/힘
- 이론상의 기계적 이익 = 힘팔/저항팔
- 이론상의 기계적 이익이 실제상의 기계적 이익보다 항상 크다.
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기계적 효율성
- 실제상의 기계적 이익/ 이론상의 기계적 이익
- 이론상의 기계적 이익이 실제상의 기계적 이익보다 항상 크다.
- Why? 마찰력 작용
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인체의 바퀴와 축, 도르래
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인체의 바퀴와 축
- 1유형
- 바퀴에 힘을 가해 축에서 보다 큰 힘을 얻고자 하는 유형
- 2종지레와 유사
- 문손잡이, 운전대
- 2유형
- 축에 힘을 가해 바퀴에서 보다 빠른 회전력을 얻고자 하는 유형
- 3종지레와 유사
- 자전거 페달
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인체의 도르래
- 유형
- 고정도르래
- 이동도르래
- 특징
- 인체 내에는 단일 고정 도르래만이 존재
- 축으로 부터 힘팔과 저항팔의 길이 동일한 1종지레와 유사
- 힘의 방향만을 바꾸어 준다.
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Point
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중력
- 고도가 높은 지역에서는 중력이 감소하여 공기저항이 줄어들기 때문에 도약, 투척 경기의 기록이 향상
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공중에서 중력은 물체의 무게중심에 집중한다.
- 공중에서 어떤 자세를 취하든지 관계없이 중력은 신체의 무게중심을 하방으로 끌어당긴다.
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중력의 개념
- W=mg
- m: 물체의 질량, g: 중력가속도
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중력의 이용
- 추진력으로써의 역할
- 알파인스키, 봅슬레이, 스키점프는 중력이 몸을 가속시키는데 이용
- 저항력으로써의 역할
- 역도경기에서는 바벨에 작용하는 중력을 극복해야 한다.
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질량
- 어떠한 물체가 물질을 가지고 공간을 차지하고 있는 것
- 한 물체가 질량을 가진다면 역시 질량을 가지는 다른 물체를 당길 수 있다.
- 질량을 가지는 선수는 지구를 당기고 지구 역시 질량을 가지고 있으므로 선수를 끌어 당신다.
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속력
- 거리/시간
- 얼마나 빠른가
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속도
- 속력에 방향의 의미를 더한 것
- 어떠한 방향으로 얼마나 빠른가
- 변위/시간
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무게중심
- 지구의 중력은 항상 무게중심에 집중된다.
- 무게중심 신체 외부에 위치시키는 것이 가능하다.
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무게중심의 비행경로는 도약하는 순간에 이미 결정
- 공중에서 비행경로 바꾸는 것은 불가능
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무거운 바벨을 들어 올릴수록 무게중심은 더 높게 위치한다.
- 그래서 균형을 유지하기 힘들어 진다.
- 왜? 무거운 바벨을 들기 위해 선수이 질량이 위로 올라갔기 때문
- 파이크 자세
- 허리재기
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높이 뛰기 플롭기술
- 그림
- 플롭기술을 수행할 떄 신체내부에 위치한 무게중심이 일시적으로 신체외부로 이동하게 된다.
- 즉, 무게중심이 바 근처에 위치하기 때문에 플롭기술은 무게중심을 바 높이만큼만 올리면 된다.
- 그러나 정면뛰는 무게중심이 신체내부인 가슴쪽에 위치하기 떄문에 무게중심을 바 높이보다 훨씬 더 높이 올려야 바를 넘을 수 있으므로
- 무게중심을 높이기 위해 플롭기술보다 더 많은 힘이 필요하다.
- 머리와 어깨를 들어올리는 동작
- 바를 넘어간 엉덩이를 하방으로 내려가게 하여 다리를 몸통 쪽 상방으로 이동시켜 주어 다리가 바에 걸리지 않도록 해 준다.
- 다리가 굴곡되어 관성모멘트가 감소하기 때문에 양 다리가 바를 넘어 빨리 떨어지도록 도와준다.
- 정면뛰기(가슴에 위치)/ 배면뛰기(바근처에 위치)
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밀도
- 물체가 특정한 공간을 차지하는 물질의 양을 의미
- 단위부피당 차지하는 물체의 무게 또는 질량을 뜻한다.
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인체에서 뼈와 근육은 지방보다 밀도가 더 크다.
- 덩치가 작은 근육질의 선수는 덩치가 크고 지방이 많은 선수보다 오히려 더 큰 질량을 가질 수 있다.
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투사체
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비행경로에 영향을 주는 요인
- 궤적
- 투사각도
- 공의 비행경로 형태는 투사각도에 의해 결정
- 지면보다 높은 위치에서 포환을 던지기 떄문에 포환을 가장 멀리 던지기 위해서는 45도 보다 약간 낮게 던져야 한다.
- 투사속도
- 비행경로의 크기는 투사속도에 의해 결정
- 공을 수직과 수평사이의 각도로 던질 경우 투사속도를 증가시키면 공의 높이 뿐만 아니라 투사거리도 증가될 수 있다.
- 투사높이
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일
- 일정한 거리에 걸쳐 저항에 대항하는 힘이 작용되었다는 것을 의미
- 일= 힘 X 거리(W=f X d)
- 등척성 수축은 역학적 일이 0
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등장성 수축
- 단축성 수축
- 신장성 수축
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파워
- 일정한 시간안에 행해진 역학적인 일의 양으로 일률이라고도 한다.
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자동차 1마력
- 1초동안에 550파운드를 1피트 이동시키는 데 소요되는 엔진의 능력
- 똑같은 조건에서 역도선수 A, B가 바벨을 들어올리는데 2초와 1초가 소요되었다면 1초걸린 선수가 파워가 더 있다.
- 왜? 동일한 무게를 동일한 거리만큼 이동하는데 비슷한 역학적 일을 하였지만 후자는 시간이 적게 소요되었기 때문
- 근력은 힘이 작용할 때 속도가 필요하지 않기 때문에 파워와는 다르다.
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P=W/t
- P=F.d/t
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에너지
- 선수나 물체가 일을 할 수 있는 능력
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역학적 에너지
- 운동에너지
- 운동으로 인해 물체가 일을 할 수 있는 능력을 의미함
- 질량이 더 많고 더 빠르게 움직일수록 일을 할 수 있는 능력은 더 크다.
- 움직이는 모든 물체는 운동량과 운동에너지를 가진다.
- 선운동에너지
- Topic
- 각운동에너지
- Topic
- 전체운동에너지
- 선운동에너지X각운동에너지
- 위치에너지
- 물체 또는 선수가 높여져 있는 위치에 의해 저장된 에너지를 의미함.
- 물체가 보다 높고 무거울 수록 위치에너지는 커진다.
- 질량X중력X높이(mgh)
- 걷기
- 일정거리를 걷는 데 소비되는 에너지량은 걷는 속도에 영향을 받지 않는다.
- Why? 위치에너지와 운동에너지 곡선의 증감이 반대 현상을 이루어 외부로부터 에너지를 추가로 공급할 필요없다.
- 장대높이뛰기
- 질주하는 동안에 생성된 운동에너지는 장대를 휘게하여 탄성에너지를 유발한다.
- 장대에 저장된 탄성에너지는 선수를 상방으로 추진시키는 과정에서 운동에너지로 변하고
- 바를 넘는 정점에서 장대의 운동에너지는 '0'이 되어 순간적이지만 일시적으로 정지한다. 이때 선수의 위치에너지는 최대가 된다.
- 장대높이뛰기할 때 도움닫기 속도를 빠르게 하는 이유?
- 도움닫기 동안 생성된 운동에너지를 이용하여 장대를 많이 휘어지게 해서 장대는 보다 많은 탄성에너지를 저장할 수 있고
- 이후 탄성에너지는 선수를 보다 높이 상승시킬 수 있다.
- 장대높이뛰기에서 높이를 결정하는 요인
- 공식은?
- (공식에 의해) 높이를 결정하는 요인은 선수의 도약속도에 달려있다는 것을 알수 있다.
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탄성에너지
- 저장에너지의 한 형태
- 어떤 물체가 눌리고 당겨지고 비틀어지고 찌그러진 후에 원래의 형태로 복원시킬 수 있는 능력을 의미함.
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에너지 보존의 법칙
- 중력의 영향을 받으면서 운동하는 물체는 다른 외력이 작용하지 않는 한 에너지의 총합은 일정하며 다만 형태만 바뀌게 된다.
- 역학적 에너지 = 위치에너지+운동에너지=일정
- 예) 트램플린 연기중 역학적 에너지의 변화
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정역학
- 인체의 중심
- 정적 근력
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부력
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아르키메데스의 원리
- 물 속에 잠긴 부피만큼의 물의 무게에 해당하는 상향의 힘, 즉 부력을 받게 된다는 원리
- 어떤 물체에 가해지는 부력은 그 물체가 밀어내는 유체의 무게와 같다.
- Fb= V*D*G(Fb:부력, V: 물체가 유체에 잠긴 부피, D: 유체의 밀도, g: 중력가속도)
- 인체의 비중
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부력과 중력과의 관계
- 부력이 중력보다 크면 물에 뜨고, 부력이 중력보다 작으면 물에 가라앉는다.
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부력중심, 중력중심(무게중심), 경심
- 수중에 떠 있는 물체의 안정과 불안정은 물체의 중심과 경심 사이의 거리에 의하여 결정된다.
- 물체의 중심과 경심 사이의 거리가 크면 클수록 물체의 흔들림이 커지며 반대로 거리가 짧을수록 물체의 흔들림은 감소된다.
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수중자세와 뜨기 및 가라앉기
- 팔을 옆구리에 붙이고 누운자세
- 팔을 머리 위로 곧게 뻗는 자세
- 머리를 들 경우
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부력중심 및 뜨는 자세
- 중력과 부력에 의하여 발생된 토크는 부력중심이 무게중심의 수직방향에 위치한 뜬 자세를 취할 때까지 신체를 회전시킨다.
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자세 및 운동과 안정성
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안정의 역학적 요인
- 무게중심의 높이
- 기저면의 크기
- 무게중심선과 기저면과의 관계
- 질량
- 마찰
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선안정성
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정적안정
- 무게중심의 높이
- 무게중심 낮을 수록 안정성이 높다.
- 기저면의 크기
- 기저면이 넓을수록 무게중심을 기저면 위에 유지하기 쉽기 때문에 정적안정성이 높다.
- 무게중심선과 기저면과의 관계
- 물체는 중심선이 기저면 안에 내려져 있는 한, 평형을 유지할 수 있으며 중심선이 기저면의 중앙에 가까울 수록 안정성이 크다.
- 질량
- 질량이 클수록, 정적 안정성이 높아진다.
- 마찰
- 마찰이란 두 면의 접촉에 의해서 생기는 운동에 대한 저항으로 마찰력이 클수록 정적 안정성이 높아진다.
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동적안정
- 움직이고 있는 상태의 안정
- P=mv
- 움직이는 물체의 선 안정성은 운동량과 직접적으로 관계한다.
- 물체가 무겁고 이동속도가 빠를수록 선안정성은 증가
- 신속한 위치의 변화를 요구
- 좁은 기저면
- 높은 인체중심
- 가벼운 체중
- 단거리 달리기
- 순간적으로 무게 중심선이 기저면을 벗어남
- 새로운 기저면 형성
- 방향전환시
- 몸을 내측으로 기울여 발생하는 구심력과 원심력에 의한 모멘트 상쇄해 안정유지
- 발과 지면 사이의 마찰계수 크면 안정성이 크다
- 크라우칭 스타트 자세와 배구 리시브 자세
- 크라우칭 스타트: 선수의 양다리 강력추진자세, 결승선 향하여 몸을 추진시킬 때 힘이 가장 적게 드는 자세
- 크라우칭스타트 단점: 방향전환이 어렵다.
- 배구리시브
- 기저면을 좁게 유지한 상태에서 무게 중심선을 기저면 중앙에 위치시킨다.
- 움직이고자 하는 방향으로 무게중심을 신속하게 이동
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회전안정성
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회전안정성
- 정지해 있는 선수나 물체를 기울이거나 뒤집거나 엎어지게 하거나 또는 원 주위를 회전시킬때 이에 대항하는 선수나 물체의 저항을 뜻한다.
- 회전중의 안정성은 회전을 지속하려는 능력
- 안정성이 클수록 균형을 무너뜨리기 위해서는 보다 많은 토크가 필요하다.
- 회전안정성은 각운동량에 비례
- 물체의 질량과 각속도가 증가할수록 물체의 질량이 회전축으로 부터 멀리 떨어져 분포할수록 물체의 회전안정성은 증가
- 회전안정성증가
- 기저면의 면적넓게
- 무게중심선을 기저면 중심에 가깝게
- 힘이가해지는 방향으로 기저면을 확장
- 외력
- 힘이 적용되는 방향으로 기저면을 넓혀야 한다.
- 내력
- 힘을 가하는 방향으로 스텝을 넓게 밟으면서 기저면을 넓힌다.
- 체중을 증가
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동역학
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직선운동의 운동학적 분석
- 거리와 변위
- 속도와 속력
- 가속도
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직선운동의 변화
- 속도의 식: V=Vo+ at
- 이동거리의 식: S= vot + 1/2at2(자승)
- 이동거리와 속도의 관계식: 2as= V - Vo2(자승)
- 걷기와 달리기
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곡선운동의 운동학적 분석
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자유낙하 운동
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공식
- 나중속도의 식: V=gt
- 이동거리의 식: S= 1/2gt2(자승)
- 이동거리와 나중속도의 관계식: 2gs= v2(자승)
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투사체의 운동
- 어떤 힘에 의해 공중으로 추진되어 자신의 관성에 의해 계속되는 운동을 말한다.
- 포물체 운동이라고도 한다.
- 투사속도
- 투사각도
- 투사높이
- 원점 투사와 비원점 투사 공식
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각운동의 운동학적 분석
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각거리와 각변위
- 각거리는 방향의 개념이 없으나 각변위는 방향을 내포하고 있다.
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각속도
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각속력과 각속도
- 대차돌기
- 각속력
- 발은 엉덩이보다 더 빠르다, 엉덩이는 손보다 더 빠르게 움직인다.
- 각속도
- 엉덩이와 발은 모두 동일한 시간에 크기가 다른 원을 완성한다. 따라서 엉덩이와 발은 동일한 각속도를 가진다.
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선속도와 각속도와의 관계
- V= rw
- 회전하는 물체의 각속도가 일정-선속도는 회전반경의 길이에 정비례
- 회전하는 물체의 선속도가 일정할 때 각속도는 회전반경의 길이에 반비례
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각속도와 각가속도
- 각속도의 변화량 = 나중 각속도 - 처음 각속도
- 각가속도 = 각속도의 변화량 / 시간
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회전반경의 길이와 운동량
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회전반경 길수록 유리한 경우
- v=rw
- 배구의 오버핸드 서브-스파이크, 테니스의 스트로크-서브-스매싱, 야구의 피칭- 배팅, 골프의 스윙
- 팔꿈치 관절을 곧게 펴 회전반경을 길게 함으로써 선속도를 증가시켜 보다 큰 운동량을 얻을 수 있다.
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회전반경 짧을수록 유리한 경우
- 물체의 선속도가 최대가 될 때 그 물체의 각속도는 짧게 함으로써 증가, 회전반경을 짧게 함으로써 증가
- 트램폴린, 다이빙 보드 공중돌기
- 허리를 구부린 터크 자세를 취하여 회전반경을 짧게 함으로써 각속도를 증가시켜야 한다.
- 신체의 회전이 너무 빠른 경우에는 허리를 편 자세를 취하여 회전반경을 길게 할 필요가 있다.
- 회전반경을 길게 함으로써 회전체의 각속도를 감소시켜야 한다.
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선운동의 운동역학적 분석
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힘
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힘의 3요소
- 방향성
- 공의 방향을 결정
- 크기
- 공의 속도나 거리를 결정
- 작용점
- 힘의 능률이나 회전력을 결정
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힘의 방향과 작용점
- 향심력(구심력)
- 물체의 무게중심을 지나 회전이 없다.
- 이심력(편심력)
- 무게중심을 지나지 않는 힘
- 물체의 회전이 생김
- 편심력의 특징
- 물체의 무게중심을 이동
- 무게중심을 축으로 하는 물체의 회전을 유발
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힘의 효과와 토크
- 효과
- 추진력
- 운동을 진행
- 저항력
- 운동을 방해
- 토크
- T= FxD
- F: 편심력
- D: 모멘트 팔
- 물체의 중심으로부터 힘의 작용선까지의 거리
- 편심력
- 관성모멘트
- I= mr2(자승)
- m: 질량
- r: 회전반경
- 같은 질량의 물체라도 그 질량이 축에 가까이 위치할수록 각운동이 쉽다.
- 야구의 배트스윙시 짧게 잡고 휘두르면 쉽다.
- 관성모멘트 작다.
- 각속도 빠르다.
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cf:힘의 합성과 분해
- 합성
- 분해
- x축의 분력
- Fx=
- y축의 분력
- Fy=
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뉴턴의 운동법칙
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관성의 법칙
- 모든 물체는 외부로부터 힘이 가해지지 않는 한 현재의 정지 또는 운동상태를 유지한다.
- 관성이란
- 원래의 운동상태를 계속 유지하려는 물체의 속성
- 정지관성-저항
- 운동관성-지속
- 미식축구의 공격 라인맨과 수비라인맨
- 공격라인맨
- 정지관성
- 수비라인맨
- 운동관성
- 스쿼시 배드민턴 선수
- 육중한 선수는 가벼운 선수보다 체중에 대한 근력 비율이 떨어져
- 출발, 방향전환이 어렵다.
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가속도의 법칙
- 물체의 가속도는 그 물체에 가해진 힘에 비례, 그 힘이 작용한 방향에서 작용한다.
- F=ma, W=mg
- 전력질주
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작용 반작용의 법칙
- 모든 힘의 작용에는 항상 크기가 같고 방향이 정반대인 반작용력이 있다.
- 축구선수가 공을 찰 때에 한쪽 발로 지면을 밀면서 다른 쪽 발로 공을 찰 때에는 지면을 밀때 생긴 반작용력을 이용할 수 있다.
- 공중에 떠 있는 상태로 공을 차면 이와 같은 반작용력을 이용할 수가 없어서 공을 멀리 보낼 수 없게 된다.
- 멀리뛰기 착지, 단거리달리기 출발, 스키의 웨이팅과 언웨이팅
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지면반력
- 인체가 지면과 접촉을 통하여 힘을 가했을 때 그 힘에 대한 반작용력
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지구가 신체를 밀어 올리는 힘
- 지면에서 부동자세
- 신체가 지구를 하방으로 누르는 힘과 지구가 신체를 상방으로 밀어내는 힘은 서로 상쇄되어 소멸
- 중력만 작용
- 지구가 선수를 밀어올리는 반작용력의 크기는 선수가 지면을 밀어내는 힘의 크기에 따라 결정
- 그러므로 지구의 반작용력은 체중뿐만 아니라 운동의 형태에 따라 결정된다.
- 지면반력은 인체를 추진시키는 원동력이라는 점에서 걷기, 달리기, 뜀뛰기 등과 같이 지면 지지단계를 포함하는 인체의 경우 중요
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제자리 높이뛰기, 멀리뛰기(충격량= 힘X작용시간)
- 효과적인 이륙속도 얻기 위해서 지면반력에 의한 충격량을 크게 하여 힘을 증가시키거나 작용시간 늘려야 한다.
- 실제로는 다리를 빨리 편다.
- 신체분절 각각의 각속도가 커진다.
- 무릎을 곧게 빨리 펴면 힘의 작용시간이 상대적으로 감소하여 충격량이 감소하지만
- 이보다 분절 각각의 가속도를 크게 함으로써 신체의 상승 가속도를 크게 해 증가되는 충격량이 상대적으로 더 크다.
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운동량(선운동량)과 충격량
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충격량
- 두 물체가 운동을 하다 충돌하면 서로 힘은 주고 받게 된다. 이때 주고 받는 힘은 작용반작용 법칙이 적용
- 충격량은 운동량의 변화를 의미하며 충격량이 일정하면 충격과 작용시간은 반비례이다.(충격량= F*t)
- 충격량= 힘 X 작용시간 = 운동량의 변화(충돌후 운동량 - 충돌전 운동량)
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충격량 증가
- 충격력 증가
- 태권도 격파, 복싱 격파, 배드민턴 테니스의 라켓 커트 팽팽- 충격시간 감소
- 충격시간 증가
- 창던지기, 높이뛰기 도약
- 높이뛰기와 창던지기의 공통점
- 매우 빠른 투사속도가 요구
- 신체를 뒤로 기울인다.(후방경사)
- 창던지기
- 엘리트 선수는 몸을 뒤로 젖혀 창을 신체 뒤로 당긴후에 창을 전방으로 멀리 투사시킴으로써 긴 시간 , 긴 거리에 걸쳐 창에 힘을 작용 시킨다.
- 높이뛰기
- 높이뛰기 선수는 발구름시에 커다란 힘을 가능한 오랜 시간에 걸쳐 큰 힘을 작용시키기 위하여 가능한한 신체자세를 높은 위치까지 끌어올리고자 노력한다.
- 발구름하기 전에 신체를 뒤로 젖히고 지면에 힘을 가하는 시간이 길게 연장되어 선수들이 공중으로 보다 높게 도약할 수 있도록 도와준다.
- 풀스쿼트와 1/4 스쿼트
- 풀 스쿼트 자세에서 다리 근육들이 발휘하는 힘의 작용시간은 최대로 증가
- 하지만 선수의 다리 근육들이 선수를 상방으로 추진시키기에 부적합한 위치에 있기 때문에 선수는 최대의 힘을 발휘할 수 없게 된다.
- 높이뛰기 도약시 충격량
- 후경자세에 의한 증가
- 발구름발의 지면에 가하는 작용시간을 길게하여 큰 충격량을 얻는다.
- 팔동작에 의한 증가
- 충격량 측면
- 팔의 운동량을 몸통으로 전이시켜 발구름 다리가 지면을 하방으로 차는 것을 돕는다.
- 보다 큰 지면반력을 얻을 수 있어 충격량을 증가시킨다.
- 상승가속도 측면
- 팔의 운동량은 신체의 수직 운동량으로 전이되어 더 큰 상승 가속도를 얻을 수 있다.
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충격량 감소
- 충격력= 충격량/ 작용시간
- 충격량이 일정할 때 작용시간을 길게하면 충격력이 감소한다.
- 지면에 착지시 무릎굴곡
- 작용시간을 길게 할 수 X
- 충격면적을 크게 해 충격력을 분산
- 축구 정강이 보호대
- 유도의 낙법
- 야구의 슬라이딩
- 태그면적을 줄여준다
- 선수를 정지시키는 지면이 마찰신간을 연장시키고
- 접촉면적을 넓게 해주어 베이를 지나치지 않고 정확하게 멈출 수 있다.
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운동량
- P=mv
- 운동량= 질량 X 속도
- 선수가 움직이고 있는 것은 질량이 움직인다는 의미
- 운동량은 질량과 속도에 비례하므로 질량이 크고 속도가 빠를수록 운동량은 크다.
- 질량을 증가시켜 운동량을 크게하는 경우
- 라켓이나 배트의 무게 증가
- 속도를 증가시켜 운동량을 크게하는 경우
- 배구의 스파이크시 질량의 변화가 없으므로 선속도를 증가
- 동일한 속도에서 무거운 선수가 운동량이 더 크다.
- 질량이 작은 선수는 더 빠른 속도를 내어 운동량을 증가시킬 수 있다.
- 운동량증가~
- 운동체 질량증가
- 운동중 신체질량은 증가X
- 신체외적 용구와 인체의 속도를 증가
- 예) 럭비선수 테클속도 증가 운동량 크게 한다.
- 예) 테니스, 야구- 스윙속도 증가 시키거나 무거운 라켓, 배트사용
- 선운동량 보존의 법칙
- 충돌전의 운동량은 충돌 후 운동량의 합과 동일하다.
- 충돌시 속도의 변화는 질량비와 반비례의 관계에 있다.
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탄성
- 외력에 의하여 일시적으로 변형된 물체가 원래의 형태로 복원되고자 하는 성질
- 탄성계수는 두 개의 물체가 충돌하였을 때 충돌전과 충돌 후의 상대속도에 대한 절대비를 의미
- 탄성계수에 영향을 주는 요인
- 충돌체의 재질
- 충돌강도
- 충돌속도
- 리바운드 되는 표면의 재질
- 온도에 따라 다름
- 온도가 높을수록 탄성계수가 커진다.
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충돌
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충돌의 형태
- 완전탄성충돌
- 불완전탄성충돌
- 완전비탄성충돌
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도구에 의한 공의 타격<충돌 후 속도의 결정요인>
- 도구
- 도구의 질량이 무거울수록
- 도구의 충돌전 속도가 클수록
- 공
- 공의 질량이 가벼울수록, 속도
- 공의 충돌전 속도가 클수록
- 충돌각도가 작을수록(즉 정면에 가까울수록)
- 탄성계수 클수록
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도구의 질량과 속도가 타구에 미치는 영향
- 도구의 질량이 무거울수록 도구의 타격전 속도의 감소로 인한 역작용으로 인하여 오히려 비행거리는 감소
- 정지해 있는 공(느린공)- 도구의 질량 < 도구의 스윙속도
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고정면에 대한 사각충돌과 스핀
- 수평면에 대한 공의 사각충돌
- 고정면에 대한 공의 사각충돌은 충돌의 원리뿐만 아니라 공의 회전과 마찰의 영향을 받는다.
- 좌우축을 중심으로 회전하는 탑스핀과 백스핀의 사각충돌
- 탑스핀
- 백스핀
- 탑스핀
- 병진속도 성분과 회전속도 성분이 서로 상쇄(공의 하단부)
- 스핀이 없는 공보다 마찰에 의한 반작용력이 전방으로 작용
- 속도-빠르다
- 리바운드 거리- 길다
- 반사각- 크다
- 리바운드 각도- 작다
- 백스핀
- 병진속도 성분과 회전속도 성분이 서로 합치되어 마찰의 반작용력이 스핀이 없는 경우보다 크다.
- 지면과 마찰할 때 작용력인 스핀이 전방으로 작용
- 반작용력은 후방으로 작용
- 속도- 느리다.
- 리바운드 거리- 짧다.
- 반사각- 작다.
- 리바운드 각도- 크다.
- 높이는 백스핀 탑스핀 모두 동일
- 공에 가해진 스핀에 의하여 충돌시 생긴 수평 방향의 힘은
- 공의 수직운동에는 아무런 영향을 미치지 않기 때문에 공이 리바운드 되는 높이는 동일하다
- 수직면에 대한 사각 충돌
- 백스핀의 경우(농구의 백보드 슛)
- 공이 백보드와 충돌할 떄 공의 진행방향과 공의 작용력이 불일치 하므로
- 공의 속도가 감소되어 리바운드 후 공이 많이 튕겨져 나가지 않고 마찰력은 공의 진행방향과 일치하므로 반사각이 커진다.
- 공의 리바운드에 영향을 미치는 요인
- 공의 압력
- 탄성계수
- 주위의 온도
- 공의 속도와 회전
- 부딪히는 물체와의 마찰력
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탄성
- 외력에 의하여 일시적으로 변형된 물체가 원래의 형태로 복원되고자 하는 성질
- 탄성계수는 두 개의 물체가 충돌하였을 때 충돌전과 충돌 후의 상대속도에 대한 절대비를 의미
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탄성계수에 영향을 주는 요인
- 충돌체의 재질
- 충돌강도
- 충돌속도
- 리바운드 되는 표면의 재질
- 온도에 따라 다름
- 온도가 높을수록 탄성계수가 커진다.
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마찰
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표면마찰
- 정지마찰
- 정지해 있는 두 물체의 접촉면 사이에 존재하며 운동의 시작을 방해하는 저항력을 제공
- 운동마찰
- 항상 최대 정지 마찰력보다 작다.
- 상대적 운동을 수행하는 두 물체 사이에 발생하는 마찰
- 미끄럼 마찰
- 한 물체가 다른 물체와 접촉한 상태에서 상대적으로 미끄러 질 때 생기는 마찰
- 예)스케이트, 스키
- 미끄럼 마찰의 극대화
- 추진력으로 사용
- 단거리 달리기 축구 야구에서 스파이크 착용
- 미끄럼 마찰을 극소화
- 저항력으로 사용
- 스키 썰매 스케이트 컬링
- 구름마찰
- 공이나 바퀴와 같은 물체가 지지하거나 접촉하는 면 위를 구를 때 어느 한 쪽 도는 양쪽물체의 형태가 변형된 것으로써 생기는 마찰
- 볼링, 당구, 롤러스케이트
- 구름마찰에 영향을 주는 요인
- 접촉면과 접촉물체의 물질 및 형태
- 수직항력
- 구르는 물체의 직경
- 저전거 타이어와 구름마찰
- 단거리 싸이클 선수
- 폭이 좁은 튜블러 타이어를 고압으로 주입해 구름마찰을 최소화
- 산악 자전거
- 두꺼운 타이어를 저압으로 주입해 구름마찰을 크게 해 안정성과 밀착성 발휘
- 표면마찰의 이용
- 추진력
- 축구선수의 스파이크화
- 빙상선수의 스케이트 날 다듬는 이유
- 마찰계수 크게
- 곡선주로에서 미끄러지지 않게 하기 위해
- 저항력
- 스케이트 날과 얼음사이에 발생하는 마찰(스케이트의 미끄러짐을 방해하는 요인)
- 표면마찰에 영향을 주는 요인
- 수직항력에 영향을 미치는 요인
- 접촉면에 정지해 있는 물체의 무게
- 마찰계수
- 두면 사이의 실제적인 접촉면적
- 접촉면과 접촉물체의 물질
- 접촉환경
- 두 물체간 운동유형(미끄럼 마찰력> 구름마찰)
- 골프의 경우 잔디가 무성하고 부드러우며 젖은 상태일 경우 공과의 밀착성이 커져 구름마찰력이 커지므로 공이 잘 안굴러간다.
- 미끄럼 마찰은 구름마찰보다 상대적으로 매우 크다.
- 구름마찰의 경우에는 접촉물질과 접촉면이 단단 할수록 구름마찰력이 작다.
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유체마찰
- 운동체가 유체를 통과할 때 물체의 표면과 유체사이의 마찰
- 항력
- 비행경로에 대한 마찰의 수평성분력
- F= KPSV2(자승)
- F: 유체항력
- P: 유압
- V: 상대속도
- K: 물체의 모양, 구조, 유체온도 등에 의해 결정
- 양력
- 비행경로에 대한 마찰의 수평성분력
- 물체주변의 유체의 상대속도 차이에 의해서 물체의 이동방향에 수직으로 작용하는 힘
- 각운동의 운동역학적 분석
- 운동역학적 지식의 현장적용