운동역학의 개념
-운동역학은 물체의 운동과 그 운동에 영향을 미치는 힘을 연구하는 물리학의 한분야입니다. 또한 운동역학과 같이 사용되는 용어로는 생체역학이라는 용어가 언급되기 시작하였습니다. 해당 운동역학은 물체가 어떻게 움직이는지, 그리고 그 움직임에 어떤 힘이 작용하는지를 분석하는 것입니다. 스포츠와 관련된 움직임을 전문적으로 다루는 분야를 한정하기 위하여 운동역학이라고 구분하고 있습니다. 운동역학은 고전역학의 기초를 이루며, 물리학, 공학, 생물학 등 다양한 분야에서 중요하게 활용됩니다. 해당 운동역학과 관련된 용어에는 정역학, 동역학, 운동학 그리고 운동역학이 있습니다.
1) 정역학
- 작용하는 힘들 사이의 관계가 평형을 이룬 상태를 분석대상으로 하는 학문입니다. 균형을 잡고 있는 상태에서 작용하는 힘들을 분석하기도 하고 균형을 이루기 위해서 필요한 힘에 대해서 연구하기도 하는 분야입니다.
2) 동역학
-정역학과는 반대로 작용하는 힘들 사이에 평형이 깨진 상태를 분석대상으로 하는 학문 분야입니다.
3) 운동학
- 운동이 일어난 현상을 그대로 기술하는 학문분야로서 운동기술학이라고도 합니다.
4) 운동역학
- 운동을 유발하거나 변화시키는 원인인 힘에 대해서 연구하는 학문분야입니다.
운동역학 역사
- 운동역학의 기초는 고대 그리스 시대로 거슬러 올라갑니다. 아리스토렐 스는 물체의 운동에 대한 초기 이론을 제시했습니다. 그의 이론은 나중에 갈릴레오 갈릴레이와 아이작 뉴턴에 의해 수정되었습니다. 갈릴레오는 물체의 자유낙하와 경사면에서의 운동을 연구하며, 운동의 기초 법칙을 발견했습니다. 그는 실험을 통해 중력과 가속도에 대한 이해를 높였고, 이로 인해 후에 뉴턴의 운동법칙이 발전할 수 있었습니다. 아이작 뉴턴 은 17세기 후반 운동역학의 기초를 확립하였습니다. 뉴턴은 저서인 프린키피아에서 그는 운동의 세 가지 법칙을 제시했습니다. 이 법칙 들은 오늘날까지도 물리학의 근본 원리로 자리 잡고 있습니다.
운동역학의 주요 내용
1. 운동역학의 목적
- 해당 학문의 연구목적은 크게 동작의 효율적 수행을 통한 운동 기술의 향상 동작 수행 시 상해의 원인 규명 및 예방을 통하여 안정성 향상 그리고 위의 두 가지를 고려한 과학적인 스포츠 장비 개발에 있다고 할 수 있습니다.
2. 운동역학의 연구방법
- 운동역학읜 연구방법은 크게 5가지로 볼 수 있습니다. 정성적 분석, 정량적 분석, 영상분석,힘의 직접 측정, 근육의 활동분석으로 나뉘어 볼수 있습니다.
1) 정성적 분석
- 분석자의 경험이나 지식 등을 바탕으로 하기 때문에 현장에서 즉각적으로 사용할 수 있다는 것이 장점입니다. 최근 들어서는 현장에서 손쉽게 사용할 수 있는 여러 가지 영상 장비와 분석 프로그램이 개발되어 정성적 분석에 많은 도움을 주고 있습니다.
2) 정량적 분석
- 정성적 분석과 다르게 객관화된 수치적 자료를 이용하여 동작을 분석하는 방법입니다. 인체의 움직임을 과학적으로 이해하기 위해서 필수적인 방법이지만 자료처리의 시간이 비교적 많이 소모되어 현장에서 바리 이용하는데 에 한계가 있습니다.
3) 영상분석
- 동작을 분석할 때는 여러 가지 측정 장비를 이용할 수 있지만 가장 흔히 이용되는 방법이 영상 분석입니다. 비디오장치를 활용하여 재상까지 시간을 현저하게 단축 시킴으로 거의 즉시 수행한 동작을 재상하고 분석하여 선수나 지도자에게 개선점 등을 제공할 수 있기 되었습니다.
4) 힘의 직접 측정
- 영상분석 방법의 의해서도 이체에 가해지는 힘을 추정할 수 있지만 그 처리 과정이 복잡하고 오차가 커져서 부정확하므로, 가능하면 인체에 작용하는 힘은 직접 측정하는 것이 바람직합니다. 힘을 측정하는 장차인 스트레인 게이지를 철봉, 다이빙 보트 등에 부착하여 여러 가지 운동을 할 때 힘을 측정하고 분석할 수 있습니다.
5) 근육의 활동분석
- 대뇌의 운동 영역으로부터 신경을 통하여 전기 충격파로 근육에 전달되는 운동 명령은 근육의 운동단위에 도달하여 근육을 수축시킬 때 전기적인 파형을 만들어 냅니다. 이전기적인 파형은 근수축의 세기와 밀접한 관계가 있으므로, 활동 근육의 종류, 시기, 활동 정도로 직접 측정하는 근전도 측정기라는 기구로부터 얻어진 근전도 기록을 분석하여 특정 부위의 근육 내부에서 일어나는 활동을 이해할 수 있습니다.
3. 동역학
- 동역학은 힘과 운동의 관계를 연구하는 분야입니다. 물체에 작용하는 힘이 그 물체의 운동 상태에 어떤 영향을 미치는지를 분석합니다. 뉴턴의 운동법칙이 여기에 포함되며, 다음과 같은 법칙이 있습니다.
● 관성의 법칙(제1법칙) : 외부에 힘이 작용하지 않는 한 정지한 물체는 정지 상태를 유지하고 움직이는 물체는 같은 속도로 직성 운동을 계속합니다.
● 가속도의 법칙 (제2법칙) : 물체에 작용하는 힘을 물체의 질량과 가속도의 곱과 같습니다.
● 작용과 반작용의 법칙 :(제3법칙) : 한물체가 다른 물체에 힘을 가할 때, 두 번째 물체도 첫 번째 물체에 같은 크기이지만 반대 방향의 힘을 가합니다.
주요 용어
- 질량 : 물체의 양을 나타내며, 물체가 가진 물질의 양을 의미합니다.
- 가속도 : 물체의 속도가 시간에 따라 변화하는 비율입니다.
- 속도 : 물체의 위치 변화 속도이며, 방향을 포함합니다.
- 힘 : 물체의 운동 상태를 변화시키는 원인입니다. 힘의 단위는 뉴턴입니다.
- 자유물체도 : 작용하는 힘들 사이의 관계를 도식화한 그림입니다.
- 지면반력 : 물체가 지구에 가해진 힘에 대한 반작용으로 지구에 의해 발생하는 크기는 동일하고 방향은 반대인 힘을 의미합니다.
- 구심력 : 회전하는 물체가 회전축을 향해 작용하는 힘입니다.
- 관성모멘트 : 회전과 관성 또는 회전 저항과 동일합니다. 회전 관성은 회전하는 물체의 질량과 회전축에 대한 분포된 질량의 거리에 따라 다양합니다.