운동역학

근육 뼈대의 힘

 

 

1) 조직에 작용하는 힘

 

- 부하(load) : 신체에 작용하는 힘

- 탄성 영역(Elastic region) : 부하에 의해 조직이 길어지고 부하가 사라지면 원래의 길이로 돌아올 수 있는 영역

- 항복점(Yield point) : 늘어난 조직의 장력 증가가 거의 없는 지점

- 가소성 영역(Plastic region) : 부하가 사라져도 조직이 원래의 길이로 돌아오지 않고 변형이 되는 영역

- 최종파열점(Ultimate failure point) : 조직이 파열, 분리되어 장력을 잃는 지점

 

 

 

 

 

 

2) 조직에 작용하는 힘의 종류

 

- 장력(Tension) : 서로 다른 방향으로 조직을 당기거나 늘리는 힘

- 압박력(Compression) : 서로 마주 보는 방향으로 작용하는 힘

- 굽힘력(Bending) : 힘이 조직의 끝부분에서 같은 방향으로 작용되어 굽혀지는 힘

- 전단력(Shear) : 평행을 유지하며 서로 반대 방향으로 작용하는 힘

- 비틀림(Torsion) : 축에 대해 위쪽과 아래쪽 끝이 반대 방향으로 비틀려서 작용하는 힘

 

 

 

 

 

 

3) 내적 힘과 외적 힘

 

ㄱ. 내적 힘(Internal force)

   - 신체 내부의 구조에 의해 발생하는 힘

   - 수동적 힘(Passive force) : 관절주위 결합조직의 신장으로 생산된 장력에서 발생되는 힘

   - 능동적 힘(Active force) : 자극된 근육에 의해 발생하는 힘

 

ㄹ. 외적 힘(External force)

   - 신체 외부에서 작용하는 힘

 

 

 

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근육뼈대의 토크

 

 

1) 토크

 

- 모멘트 팔(moment arm) : 관절 돌림 축과 힘 사이의 수직거리

- 토크(torque) : 힘과 모멘트팔의 곱

- 모멘트 팔이 없는 힘은 선형운동을 하고, 토크는 물체를 돌림 운동 시킴

 

 

ㄱ. 내적 모멘트팔(Internal moment arm)

   - 돌림축과 내적인 힘 사이 거리

   - ex) 팔을 구부릴 때 돌림 축에서 위팔 두 갈래 근(상완 이두근)까지의 거리

 

ㄴ. 외적 모멘트팔(External moment arm)

   - 돌림축과 외적인 힘 사이 거리

   - ex) 팔을 펼 때 돌림 축에서 중력, 저항까지의 거리

 

 

 

 

 

 

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토크로 인한 근육과 관절 상호관계

 

 

1) 근육 활성

 

- 활성(Activation)과 수축(Contraction)은 같은 의미로 사용됨

 

 

ㄱ. 등척성활성(Isometric ativation)

   - 근육이 일정한 길이 유지하면서 장력 생산

   - 등척성 활성시 내적 토크 = 외적 토크

   - 근육 길이 변화 X, 관절의 돌림 운동 X

 

ㄴ. 동심성활성(Concentric ativation)

   - 근육이 짧아지면서 장력 생산

   - 내적 토크 > 외적 토크

 

ㄷ. 편심성활동(Eccentric ativation)

   - 근육이 길어지면서 장력 생산

   - 외적 토크 > 내적 토크

 

 

 

 

 

 

2) 관절에서 근육 작용

 

 

ㄱ. 작용근(주동근, agonist)

   - 특정 움직임시 직접적으로 관계되는 근육

   - ex) 벤치프레스 시 큰가슴근(대흉근)

 

ㄴ. 대항근(길항근, antagonist)

   - 특정 움직임 시 작용근의 반대 작용을 하는 근육

   - ex) 벤치 프레스 시 넓은 등근(광배근) 등

 

ㄷ. 협동근(synergist)

   - 특정 움직임 시 서로 협력해 작용근을 돕는 근육

   - ex) 벤치 프레스 시 앞 세모어깨근(전면삼각근) 등

 

ㄹ. 짝힘(force couple)

   - 2개 이상의 근육이 서로 다른 방향으로 작용하지만 발생하는 토크가 돌림 운동과 같은 방향으로 작용하는 힘

   - ex) 골반 앞 기울 임시 척추 세움근(기립근)의 위쪽 당김 + 엉덩관절 굽힘근들의 아래쪽 당김 등

 

 

 

 

 

 

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근육 뼈대의 지레

 

 

 

1) 지레

 

- 힘점에서 작은 힘을 사용해 받침점에서 가까이 위치한 작용점의 물체를 효율적으로 들어 올리는 구조

- 힘점(effort) : 힘을 가하는 지점(근육)

- 받침점(fulcrum) : 물체를 받치는 지점(관절 축)

- 저항점(load) : 물체, 무게 등

 

 

ㄱ. 1형 지레

   - 힘과 저항이 받침점 기준으로 양쪽에 위치

   - 힘 팔과 저항 팔의 길이가 상황에 따라 달라져 효율성이 일괄적이지 않음

   - 발생한 토크는 반대되는 돌림 운동을 만듦

 

ㄴ. 2형 지레

   - 힘과 저항이 받침점을 기준으로 같은 방향에 위치   

   - 받침점이 지레의 끝에 있음

   - 힘 팔 > 저항팔 = 힘의 이득이 큼(물체를 들기 위해 힘이 적게 필요)

 

ㄷ. 3형 지레

   - 힘과 저항이 받침점을 기준으로 같은 방향에 위치

   - 저항팔 > 힘팔 = 힘의 이득이 작음(물체를 들기 위해 힘이 많이 필요)

   - 그러나 운동범위나 운동속도에서 이득이 큼

   - 인체의 90% 이상이 3종 지레로 구성

 

 

 

1형지레, 2형지레, 3형지레

 

 

 

ㄹ. 인체의 지레 형태

   - 인체는 대부분 3종 지레로 구성되어 있어 부하보다 더 큰 힘을 생산해야 함

   - 그러나 수축 거리가 짧아 가벼운 부하를 빠른 속도로 들거나 움직일 수 있음

   - ex) 배드민턴 채의 가속, 팔과 다리의 가속이 필요한 동작 등

 

 

 

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※ 정리 문제

 

1. 조직에 작용하는 5가지 힘에 대해 설명하라

2. 토크란?

3. 등척성, 동심성, 편심성 활성에 대해 설명하라

4. 숄더 프레스의 작용근은?

5. 어깨뼈의 위쪽 돌림에 대한 짝힘을 설명하라

6. 인체의 대부분의 지레 형태와 그 지레를 사용할 때의 이득을 설명하라

 

답 ↓

1. 서로 마주 보는 방향으로 당기는 장력, 서로 마주보는 방향으로 당기는 압박력, 끝부분에서 같은 방향으로 작용해 굽혀지는 굽힘력, 평행 유지하며 서로 반대방향으로 작용하는 전단력, 위쪽과 아래쪽이 반대방향으로 비틀리는 비틀림

2. 모멘트 팔과 힘의 곱으로 관절의 돌림 운동을 발생시킴

3. 근육 길이 변화 없이 장력 생산하는 등척성 활성, 근육 길이가 짧아지며 장력 생산하는 동심성 활성, 근육 길이가 길어지며 장력 생산하는 편심성 활성

4. 어깨 세모근(삼각근)

5. 위 등세모근(상부 승모근)의 위-안쪽 당김 + 아래 등세모근(하부 승모근)의 아래-안쪽 당김) + 앞 톱니근(전거근)의 위-가쪽 당김으로 어깨뼈가 위쪽 돌림 됨

6. 인체의 90% 이상 3종 지레로 구성되어있고, 3종 지레는 부하보다 더 큰 힘이 필요하나 수축 거리가 짧아 빠르게 움직일 수 있음