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스포츠 속의 과학지식 - 뉴턴의 3가지 운동 법칙

스포츠 속에서 찾아볼 수 있는 뉴런의 세가지 운동법칙과학의 빠른 발달로 현대스포츠의 종목별 기록은 과거에 비해 빠른 속도로 수립되고 있다. 때로는 기록을 단축시키는 도구로써, 때로는 운동의 원리를 이해하는 도구로써 과학은 점점 스포츠에서 비중을 늘려가고 있다. 이처럼 현대스포츠에서 과학은 빼놓을 수 없는 중요한 요소가 되었는데 뉴턴의 세가지 운동법칙을 주제로 스포츠에 접목된 과학을 설명해보겠다.외부로부터 아무런 힘이 작용하지 않을 때 정지해 있는 물체는 정지 상태를 계속 유지하려고 하고, 운동하고 있는 물체는 등속 직선 운동을 계속하려는 성질이 있다. 이렇게 물체가 외부로부터 힘을 받지 않을 때 처음의 운동 상태를 계속 유지하려는 성질을 관성의 법칙이라고 한다. 쉽게 말해서 모든 물체는 자신의 운동 상태를 그대로 유지하려는 성질이 있다는 것이다. 또한, 관성의 크기는 질량에 비례하므로 질량이 클수록 관성이 크다.그럼, 관성을 앞서 말했듯 스포츠에 대입해보자.첫 번째로 흔히 달리기에서 볼 수 있다. 달리기할 때 그 사람의 몸은 계속해서 앞으로 나아가기를 원한다. 이때 갑자기 멈추게 되면 사람의 몸은 앞으로 넘어지게 된다. 이 경우는 사람의 몸이 앞으로 나아가려고 하는 힘이 있었는데, 그 힘이 갑자기 멈추자 계속 나아가려는 성질을 지니고 있었기 때문에 앞으로 넘어지게 되는 것이다. 이것이 관성의 법칙이다.두 번째로 탁구를 할 때 선수들이 계속 움직이며 발뒤꿈치를 땅에 붙이지 않는 이유에도 관성의 법칙이 있다. 발뒤꿈치를 붙이고 있으면 정지된 상태이기 때문에 관성의 법칙에 따라 반응속도가 그만큼 느려진다. 따라서 발뒤꿈치를 들고 언제든 중심에서 벗어나려는 자세를 취해야지만 어디로 튈지 모르는 공의 속도에 맞춰 움직일 수 있게 되는 것이다. 마지막으로 축구에서도 관성의 법칙을 볼 수 있다. 드리블을 할 때 그때의 운동 방향으로 일정 속도로 움직이려는 관성이 있다. 이 때 상대방의 태클에 걸리면 몸 전체의 균형이 깨지면서 넘어지게 되는데 물체의 질량이 클수록 관성이 커지기에 몸이 무거울수록 재빨리 움직이기가 어렵다.가속도를 알기 전에 물체의 운동 상태는 물체에 작용하는 힘의 크기와 방향에 따라 변한다는 것을 알아야 한다. 이와 같은 운동 상태의 변화 또는 속도의 변화를 가속도라고 한다. 즉, 물체에 힘이 작용하면 물체는 그 힘에 비례해서 가속도를 갖게 되는 것이다. 더 쉽게 얘기를 하자면 시간에 따라 속력이 변하는 비율을 나타낸 양을 ‘가속도’라고 한다. 일반적으로 큰 힘이 작용하면 가속도는 커진다. 그러나 같은 크기의 힘이 작용하더라도 물체의 질량에 따라 달라진다. F=ma 는 가속도의 법칙을 식으로 표현한 것인데 F는 힘(force), m은 질량(mass), a는 가속도(acceleration)이다.가속도의 법칙을 스포츠에 대입해보자.첫 번째로 골프에 가속도의 법칙이 적용되는데 골프를 치는 사람이 골프채를 단순히 근력으로 휘두르는 것보다 헤더 속도가 빨라지는데 이때 같은 방향으로 오른팔에 의해 편승하듯 힘을 가하면 더 빨라진 헤더 속도에 힘이 실려서 속도가 극대화된다. 즉, 관성력은 왼편에서 나오는 것이고 가속력은 오른편에서 나타나는 것이다. 골프도 순서대로 왼편에서 당긴 후 연이어 오른편에서 밀어줄 때 힘의 더해져 볼에 전달되는 힘도 증가하는 것이다. 즉, 골프에서 가속력은 오른팔의 움직임이 중요하다. 정리해 보면 ‘왼발-왼쪽 무릎-왼쪽 골반-왼쪽 광배근’인 몸통의 순서로 당기듯 회전해 왼팔과 손잡이가 가상의 벽에 강하게 부딪히면 관성력과 운동량 보존의 법칙이 발현돼 헤드가 빠르게 튀어 나간다. 여기서 중요한 것은 연이어 오른팔이 뒤에서 밀어주듯 펼쳐주면 가속력의 힘이 더해져 헤드 속도가 더욱 빨라지게 된다는 것이다.두 번째로 축구에서도 가속도의 법칙이 적용된다. 공격수가 공을 드리블하면서 갈 때, 빈공간으로 공을 찰 때 선수들은 공의 속도를 올린다. 정지된 공을 움직이게 하려면 그 공에 힘을 작용해야하는데, 이 부분에서 가속도의 법칙을 적용할 수 있다. 드리블의 경우에는 정지되어있는 축구공에 힘을 작용하면 축구공이 움직이는데 움직있는 공에 더 이상 힘을 가하지 않으면 얼마 가지 않는다. 예를 들어 하프 스페이스에 침투하는 선수에게 공을 빠르게 주고 싶다면 공을 세게 찰수록 상대방 하프 스페이스로 공이 멀리 날아가고, 약하게 차면 조금 날아간다. 즉 축구공에 외력이 작용하여 축구공이 가속도를 얻게 되는 것이다. 이렇게 힘의 크기와 방향에 따라라 축구공의 운동 상태가 변한다는 것을 알 수 있다.작용 반작용의 법칙은 간단하다. A 물체가 B 물체에게 힘을 가하면 즉, 작용하면 B 물체 역시 A물체에게 똑같은 크기의 힘을 가한다는 것이다. 이것이 반작용이다. 즉 물체 A가 물체 B에 주는 작용과 물체 B가 물체 A에 주는 반작용은 크기가 같고, 방향은 반대인 힘을 작용한다.첫 번째로 팔굽혀 펴기로 예를 들어본다면 팔굽혀 펴기를 할 때 팔의 근수축력은 지면에 수직 하방으로 작용하지만, 이때의 인체는 상방으로 움직이게 된다. 그 이유는 팔의 근수축력, 즉 내적인 힘에 의하여 지면을 손이 밀게 되면 지면으로부터는 그와 크기가 같고 반대인 반작용력이 손에 가해져서 그 결과로서 신체가 수직 상방으로 움직이게 된다.

예체능| 2023.04.25| 3페이지| 2,500원| 조회(235)

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