몸과 신체운동에 관한 원리, 원칙 그리고 법칙 2편

몸과 신체운동에 관한 원리, 원칙 그리고 법칙

몸과 신체운동에 관계된 원리, 원칙 그리고 법칙들이 많이 있다.  그 중에서 스포츠 과학과 관련된 내용들 중  핵심적인 내용들만 총 3편으로 정리해 보고자 하며 이번 글은 3편중 2편이다.

 

뉴턴(Newton)의 운동법칙

운동하는 물체는 물체에 작용하는 힘이 있어야 한다.

1. 관성의 법칙

물체에 가해지는 힘에 의해 상태가 바뀌지 않는다면 정지해 있는 물체는 계속 정지해 있고, 운동하는 물체는 직선으로 같은 운동을 계속한다. 즉, 신체의 움직임은 관성이 있어 외력이 작용하지 않으면 정지상태를 지속하거나 등속성 직선운동을 계속한다.

에를들어, 차를 타고 가다가 급정거 시에 몸이 앞으로 나간다거나 100km로 달리던 차가 갑자기 브레이크를 밟으면 곧바로 정지하기 힘들고, 계속 앞으로 나아간다. 또한 태권도, 씨름, 유도, 레슬링 같은 경기에서 체급별로 나누어서 시합하는 이유는 체중이 많이 나가는 선수가 가벼운 선수보다 유리하기 때문이며 이것은 관성의 법칙에 의한 것이다.

2. 가속도의 법칙

신체운동의 변화는 가해진 힘의 크기에 비례하여 가해진 힘의 방향으로 생긴다. 즉, 물체에 힘을 가하면 물체는 운동을 하여 가속도가 발생하게 된다. 운동방향이나 속도가 변하는 것은 외부로부터 어떤 힘이 작용하였기 때문이며, 이와 같이 운동상태를 변화시키는 원인을 힘(Force)이라고 한다. 힘=질량X 가속도(F=mxa)

예를들어, 야구에서 투수가 투구동작을 크게 하는 이유는 야구공에 힘을 작용하여 빠르게 던지기 위함이고, 팔로스로우 동작은 공의 운동방향으로 계속 힘을 가해줌으로써 큰 가속도가 발생된다.

3. 작용 및 반작용의 법칙

모든 작용력에는 같은 크기의 반작용력이 반대방향으로 생긴다. 즉, 걷기, 달리기, 점프(Jump) 시에 체중에 의해 지면에서 반작용력이 생겨나는데 이것을 지면반력이라고 한다. 그리고 등척성 수축(Isometric Contraction)근수축 효과도 작용 및 반작용의 법칙에 의한 것이다.

 

헤팅거(Hettinger)와 뮬러(Muller)의 이론

1950년대 독일의 생리학자들인 헤팅거와 뮬러가 웨이트 트레이닝(Weight Traning)의 운동결과 근비대 현상에 대하여 연구 · 보고하였다.

① 훈련자 자신의 최대근력의 1/3 부하에서 근수축 효과가 나타났다.
② 훈련자 자신의 최대근력의 2/3부하 이상에서 근수축 최대 효과가 나타났다.

 

근수축 기전

신체움직임에 대한 원리는 근수축 기전에 있다. 대뇌에 명령을 받아 움직이는 골격근은 뼈(관절)와 근육으로 이루어져 있고, 근육덩어리인 근속은 다시 근섬유로 인하여 구성되어 있으며, 근섬유는 다시 근원섬유로 나뉘어진다.

근원섬유를 쪼개서 나누면 미세섬유가 나타나고, 미세섬유는 다시 액틴 필라멘트(Actin Filament)와 미오신 필라멘트(Myosin Filament)라는 두 가지 단백질 분자가 질서있게 배열된 구조로 나뉜다. 이 두 개의 세사(필라멘트) 사이에 반응이 일어나고, 액틴 필라멘트가 미오신 필라멘트로 미끄러지듯 들어가 근수축이 일어나게 된다. 이것이 바로 미세섬유 활주설로 헉스레이(Huxley)가 1954년에 발표하였으며, 현재 근수축 기전에 대한 정설로 되어있다.

 

근수축 현상

근수축 현상에는 연축과 강축이 있다. 연축은 일상생활에서의 신체움직임이나 매일 같이 반복해서 하는 운동에서 나타나는 근수축 현상이다.

 

연축

1. 역치

근육이 수축을 시작하는 자극의 강도

2. 실무율

모든 근섬유에 역치 이상의 자극을 가하였을 때 자극의 강도에 관계없이 동일 정도의 최대 수축을 하게 된다.

 

강축

1. 근육에 연속적으로 두 번의 유효한 자극을 가하면 자극에 대응하는 두 개의 연축이 가중되어 보다 큰 하나의 수축으로 나타난다. 이 같은 자극이 여러 번 계속되면 하나의 큰 수축으로 나타난다.

2. 일반적으로 생체에서 일어나는 생리적 수축은 거의가 이런 강축이다.

① 완전강축: 근육의 온도가 18℃ 이상에서의 자극이 필요한 워밍업상태를 이룬다.

② 불완전 강축: 근육운동 시 지나친 부하에 의해 근 경련이나 근 충격이 발생되어 근육에 문제가 생기게 된다.

 

효율적인 근육수축 방법

근육에 적당한 자극(Stimulus)을 가하면 수축(Contraction)현상이 일어난다. 근육이 수축할 때 근의 길이, 장력, 속도 등의 조건에 의해 수축의 형태를 분류할 수 있다.

등척성 수축

정적훈련이며, 근의 길이가 변하지 않고 수축하여 장력을 발휘하는 것을 등척성 수축(Isometric Contraction)이라고 말한다.

정적 단축성 수축은 고정된 쇠고리를 끌어당기는 경우이고, 정적 신장성 수축은 벽을 두 팔로 밀어내는 경우이다. 예를 들어 신체장애자의 훈련과 등장성 수축의 보충운동 등이 있다.

등장성 수축

동적훈련이며, 근육이 일정한 장력이 발생하면서 수축하는 것을 등장성 수축(Isotonic Contraction)이라고 말한다.

근육의 길이는 짧아지나 장력(tone)은 변화하지 않는 상태를 말한다. 동적 단축성 수축은 끌어올리는 경우로 턱걸이 상행 동작을 말하며, 동적 신장성 수축은 내리는 경우로 턱걸이 하행 동작을 말한다. 단점은 관절 가동 범위와 각도에 따라 근군에 미치는 저항이 일정치 못함을 들 수 있다.

등속성 운동

등속성 운동(Isokinetic Contraction)이란 일정한 속도에서 운동의 전과정을 통해 최대한의 수축을 하는 것으로 관절의 각도 변화에 관계없이 일정한 양의 부하를 전운동 가동범위에 제공하는 것이다.

예를 들어 수영을 할 때 자유형 스트로크, Cybex 장치, Mini-Gim 장치를 들 수 있다. 수축근에서 생기는 장력의 크기에 관계없이 운동속도를 일정하게 하기 위한 속도 조절 장치가 있다.

신장성 수축

신장성 수축(Eccentric Contraction)이란 등장성 또는 단축성 수축의 정반대이다.

근육이 신장되면서 장력이 발생된다. 근육은 수축하고 있으면서 길이가 늘어난다. 예를 들어 줄다리기, 턱걸이 하행, 내리막길 달리기, 계단 내려갈 때를 들 수 있다.

 

윌리엄(Williams)의 운동원리

1. 반대동작의 원리

팔과 다리는 각기 반대로 움직인다는 원리이다.

2. 활동비율의 원리

긴장과 이완, 타이밍을 잘 맞춰 최소의 에너지로 최대의 효과를 얻는 것이 활동비율의 원리(principle of energy active ration)이다.

3. 팔로우 스로우의 원리

팔로우 스로우(follow through)의 원리란 치기, 차기, 던지기 등의 운동에서 운동하는 방향으로 신체가 움직이고 있는 부분을 계속 움직여야 하는 원리이다.

4. 목표 초점의 원리

목표 초점의 원리(principle objective focus)란 운동하는 목표에 주의력을 집중하여 초점을 맞추는 것이다.

5. 전체 집합의 원리

제대로 행해지는 운동은 신체의 일부가 아니라 전신이 함께 동시에 움직여져야만 하고, 운동하는 방향으로 신체 중심이 함께 한다는 것이 전체 집합의 원리 (principle of total assembly)이다.

6. 질량조정의 원리

힘과 속도를 내기 위해서는 타이밍을 맞추는 것이 기록과 능률이 향상된다는 것이 질량조정의 원리(principle of qualitative adjustment)이다.

 

참조 :  몸과 신체운동에 관한 원리, 원칙 그리고 법칙 3편