운동역학의 모든 것

소개글

운동역학의 모든 것에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 운동역학의 개요

2 운동역학의 기초지식

3 정역학

4 동역학

5 충돌

6 각운동

본문내용

마찰력은 유체의 흐름에 지각을 이루는 물체의 가장 큰 횡단 면적에 비례한다. 따라서 수영선수가 기록을 단축시키기 위해서는 최대한 유선형의 자세를 취하는 것이다. 유체마찰력은 물체의 표면이 거칠수록 커지는데 수영선수가 수영모를 착용하고 몸에 밀착하는 수영복을 착용하는 이유가 이 때문이다.
* 유압 : 인체운동의 환경매체로는 공기와 물의 두가지를 들 수 있는데 동일 속도에서 물체의 유체마찰은 물에서보다 공기에서 상대적으로 매우 적다. 그 이유는 물이 공기보다 비중과 유압이 상대적으로 크기 때문이다.
※ 마그누스 효과
스핀이 걸리 공이 정상적인 포물선 궤적보다 휘어짐의 각도가 커지게 되는 것을 마그누스 효과라고 한다.
톱스핀이 걸린 공이 공중을 비행할 때에 공의 표면에는 공기의 점성에 의하여 매우 얇은 공기경계층이 형성되며 이러한 겅계층의 공기 흐름은 공의 스핀 방향과 동일하다. 즉 공의 표면에서 발생되는 공기 경계층은 톱스핀의 경우에 시계방향으로 회전하게 된다. 따라서 톱스핀이 걸린 공의 상대부에서는 경계층의 흐름과 공의 비행에 따른 기류선의 방향은 서로 반대가 되어 공기의 순속도는 작아지게 된다. 한편 공의 하단부에서는 경계층의 흐름과 기류선의 방향이 동일하기 때문에 공기의 순속도는 커지게 된다. 베르누이의 정리에 의하면 유체의 속도가 증가하면 유체에 의해 발휘되는 압력은 감소하게 되므로 공의 상단부에 가해지는 공기의 압력이 하단부에 가해지는 공기의 압력보다 상대적으로 높아지게 된다. 그 결과 순수한 힘이 공의 상단부쪽에서 하단부쪽으로 가해지게 된다. 그리하여 톱스핀이 걸린 공은 정상적인 포물선 궤적보다 아래쪽으로 휘어지게 된다. 이와 같은 현상을 마그누스 현상이라고 부르며 스핀공에 작용하는 양력을 마그누스의 힘이라고 한다.
※ 투사체운동
투사체운동에 대한 역학적 분석의 초점은 투사각도, 투사속도, 투사높이 그리고 투사거리의 네가지 변인을 들 수 있으며 운동 그 자체는 수직운동과 수평운동을 동시에 포함하고 있다고 할 수 있다.
※ 투사체의 운동
어떤 힘에 의해 공중으로 추진되어 자신의 관성에 의해 계속되는 운동을 투사체 혹은 포물체의 운동이라 부른다. 투사체는 중력과 주위의 공간에 있는 공기로부터 힘을 받는다. 공기에서 받는 힘은 곧 공기저항으로서 투사체의 속도, 무게, 형태, 크기 등에 따라서 여러 가지로 달라질 수 있으나 중력은 그 크기가 곧 투사체의 무게이고 방향은 수직하방으로 일정하다.
이미 공중에 뜬 상태에서는 인간이라 할지라도 공중에서의 분절운동을 통해서 인체의 무게 중심이 그리는 궤도를 변경시키는 것은 불가능하다. 그것은 근력과 같은 내력은 무게 중심의 궤도를 변화시킬 수 없으며 비평형 외력이 작용하여야만 중심의 운동상태나 궤적이 변화된다.
※ 투사높이
포물선 운동을 하게 될 경우 수평속도는 공기의 저항을 부시했을 때 동일한 수평속도를 유지하게 되고, 체공시간은 상승시간=하강시간이 된다.
또한 투사점이 착지점보다 일정한 높이만큼 높은 위치에서 투사체 운동을 일으켰을 때 하강거리는 상승거리보다 일정한 높이만큼 더 길게 날아갈 것이다.
※ 투사각도
투사각도는 투사체의 거리를 결정하는 변인으로 공기저항등의 외력의 작용이나 투사점과 착지점의 차이에서도 투사각도는 상대적으로 변하게 되는데 투사점과 착지점의 높이가 같을 때, 또한 외력이 작용하지 않을 때의 이론적 각도는 45도이다. 그러나 실제 투사운동에서는 이론치보다 낮게 작용하며 투사점의 높이가 높은 경우는 더욱 그 각도가 작아진다.
따라서 투포환의 경우에서 최적 투사 각도는 항상 45도보다 작다.
투사점의 높이가 일정할 경우 투사 속도가 빠르면 빠를수록 최적 투사각도가 45도에 근접하게 되며, 투사속도가 일정할 경우에는 투사점의 높이가 높을수록 최적투사각도는 작아진다. 또한 투사속도나 투사점의 높이가 일정하게 증가한다 하여도 최적 투사각도나 투사거리는 일정하게 변하지 않는다.
※ 투사속도
투사체의 투사거리는 투사속도, 투사각도, 투사높이의 세가지 요인에 의하여 결정되는데 이들 중 투사속도가 투사거리에 가장 큰 영향을 미치는 요인이다.
6 각운동
※ 선속도와 각속도와의 관계
※ 선속도
선속도는 각속도가 일정할 때 회전반경에 비례한다. 따라서 선속도=각속도*회전반경 이다.
신체분절이나 라켓 등의 각속도가 일정할 때 선속도는 회전반경의 길이를 증가시킴으로써 큰 선속도를 갖는다. 즉, 테니스 서부의 경우는 팔을 곧게 펴 최대의 회전반경크기를 증가시킴으로써 큰 선속도를 얻을 수 있고 배구의 스파이크, 골프의 클럽은 골프공을 치는 순간 팔을 곧게 펴야 최대의 회전반경으로 최대의 선속도를 얻을 수 있다.
※ 각속도
선속도가 일정할 때 각속도는 회저난경의 길이에 반비례하게 된다. 따라서 각속도=선속도/회전반경 이다.
체조의 공중회전 동작의 경우 많은 회전수를 원할 경우, 즉 각속도를 크게 하기 위해서는 최대한 신체분절을 중심에 가깝게 위치시킴으로써 회전 반경의 길이를 작게 해 각속도를 빠르게 할 수 있다.
※ 구심력과 원심력
구심력은 물체를 구속시켜 원주위를 운동하게 하는 원인으로서 회전중심을 향하여 작용하는 반경 성분의 힘을 말하며 원심력은 구심력에 대한 반작용력으로서 회전하는 물체가 회전궤도를 이탈하고자 하는 가상적인 힘을 말한다. 구심력과 원심력은 그 크기에 있어서는 동일하지만 힘의 작용방향이 서로 반대이며 또한 구심력은 곡선 경로를 따라 움직이는 물체에 실제로 존재하는 힘인 반면에 원심력은 구심력이 존재할 때에 그 반작용으로서 작용하며 구심력이 소멸되면 원심력도 소멸되기 때문에 가상적인 힘이라고 할 수 있다.
구심력의 작용방향은 구심가속도와 마찬가지로 회전 중심을 향하며 이에 대한 반작용으로서의 원심력은 회전 중심과는 반대 방향으로 존재하게 된다. 즉 원심력은 뉴턴의 제 3법칙에 의하여 회전 중심을 향하여 작용하는 구심력과 크기가 같고 방향이 반대인 힘으로서 존재하게 된다.
육상의 트랙경기, 벨로드롬에서의 사이클 경기, 스피드 스케이팅 등에서 곡선 주로를 이탈하지 않고 달리기 위해서는 신체를 곡선 주로의 안쪽으로 기울이거나 경기장을 경사지도록 설계해야 하는데 그 이유는 원심력의 영향을 배제하기 위함이다.

키워드

역학,   정역학,   동역학,   충돌,   안정성,   운동법칙,   인체운동,   마그누스