배구 과학적 원리

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배구 과학적 원리에 대한 보고서 자료입니다.

목차

배구의 특징
배구 속의 과학적 원리

본문내용

. 배구선수가 스파이크를 하기 위해서 점프할 때에도 동일한 상황이 일어난다.
상체를 반시계방향인 뒤쪽으로 젖히면 하체는 시계방향으로 움직이면서 반작용을 한다. 비록 상체와 하체가 서로 반대 방향으로 회전하더라도 둘 다 왼쪽으로 움직이며, 그러면 이에 대해 크기가 같고 반대방향의 반작용이 균형을 맞추어야 하기 때문에 엉덩이와 배는 반대방향으로 이동한다.
· 배구상황에서 뉴턴의 운동법칙
스파이크를 하는 경우
┌ 관성 : 스파이크를 하기 위해 달려온 속도 때문에 앞쪽으로 이동한다.
│ 가속도 : 팔의 스윙속도를 증가시킴으로써 공을 보다 강하게 스파이크를 할 수 있다.
└ 작용-반작용 : 스파이크를 하기 위해 지면을 강하게 발구름 할수록 그 반작용에 의하여 높게 점프할 수 있다.
* 관성모멘트
관성이란 현재의 운동 상태를 계속 유지하려는 물체의 속성으로 그 크기는 물체의 질량에 비례한다. 관성모멘트란 어떤 물체를 회전시키고자 할 때 잘 돌아가지 않으려는 속성, 즉 각운동 상태의 변화에 대하여 그 물체가 지니고 있는 저항 속성을 뜻한다. 배구선수가 스파이크시 팔의 질량분포와 어깨의 회전축에 대한 관성모멘트는 팔꿈치의 각도에 크게 의존한다. 스파이크 시 팔꿈치를 그 질량의 축에 가까이 위치할수록 물체의 각운동이 쉬워진다. 또한 팔 회전 시 팔꿈치 각을 작게 하고 회전을 하는 것이 각을 크게 하고 회전하는 것보단 쉽다. 즉 관성모멘트가 작아질수록 각속도는 커진다.
( I ＝ m × r2, m : 질량, r : 반경)
* 형태항력
형태항력은 유체 속에서 이동하는 선수와 공의 모양 및 크기에 의해 생성된 유체의 저항력이다. 선수가 공을 친 볼이 공기 속을 아주 빠르게 이동할 때, 공은 공기를 밀어내게 되며, 이로 인하여 공의 뒤쪽에 난류 지역이 발생하게 된다. 이 지역은 항력이라고도 부른다. 난류 지역에서는 유체 입자가 상하좌우로 불규칙하게 뒤섞여서 소용돌이를 일으키며, 이 지역의 압력은 감소하게 된다.
공이나 다른 물체가 공기나 물과 같은 유체 속에서 빠르게 이동하게 되면, 공이나 물체의 앞면에 유체가 다가와 부딪치게 된다. 이때, 유체의 압력은 증가하는 반면에, 물체의 뒷면에서는 정상적인 유체흐름이 혼란하게 되어 소용돌이가 일어나면서 낮은 압력의 난류 지역이 형성된다. 이와 같이 물체가 유체 속에서 이동할 때, 이들의 앞면과 뒷면간의 유체 압력의 차이에 의해 발생된 저항을 형태항력이라고 한다. 따라서 유체 속에서 이동하는 물체의 앞면 압력이 높을수록, 그리고 뒷면 압력이 낮을수록 형태항력은 증가하게 된다. 형태항력은 물체가 상호간에 빠르게 이동할수록 증가한다. 또한 유체의 밀도가 높을수록 증가한다.
스파이크시 공을 더 세게 치면 공주위의 공기 흐름의 속도가 증가되어 층류의 흐름은 깨지기 시작한다. 매끄러운 층류는 교란되고 소용돌이치며 함께 섞여 난류의 형태를 갖게 된다. 공기는 매우 빠른 속도로 공을 지나가기 때문에 천천히 지나갈 때와는 달리 공기가 공의 외곽선을 따라 흐를 수 없게 된다.
* 스파이크와 마그누스 효과
배구 스파이크 시 탑스핀이 걸린 공이 공중을 비행할 경우 공의 회전 속도 성분과 항력의 진행 방향과의 관계에 따라 공의 상단부와 하단부의 속도차가 생기게 된다. 또한 공의 상단부는 공의 회전 방향과 항력의 진행 방향이 서로 반대이기 때문에 유속이 느려지게 되며 공의 하단부는 공의 회전 방향과 항력의 진행 방향이 서로 일치하기 때문에 유속은 빨라지게 된다. 베르누이의 정의에 의하면 유체의 속도가 증가하면 유체에 의해 발휘되는 압력은 감소하게 되므로 공의 상단부에 가해지는 공기의 압력이 하단부에 가해지는 공기의 압력보다 상대적으로 높아지게 된다. 그 결과 양력은 공의 압력이 높은 상단부쪽에서 압력이 낮은 하단부쪽으로 가해지게 된다. 그리하여 탑스핀이 걸린 공은 정상적인 포물선 궤적보다 아래쪽으로 휘어지게 된다. 이 같은 현상을 마그누스 효과라고 부르며 스핀공이 작용하는 양력을 마그누스 힘이라고 한다.
마그누스 효과는 어떠한 방향으로 작용될 수 있다. 공에 톱스핀을 가하면 그 공은 마그누스 효과에 의하여 비행 도중에 갑자기 지면을 향해 떨어지게 된다. 또한 배구공에 스핀을 거의 가하지 않고 넣는 서브를 플로터 서브라고 한다. 플로터 서브의 특징은 공 끝이 어디로 가는지 확신할 수 없다. 플로터 서브는 공이 비행궤적 주변으로 불규칙하게 흔들리면서 이동한다. 이러한 불규칙적인 공의 움직임은 배구의 리시버를 혼란시킨다. 플로터 서브의 볼은 유체 속을 회전하지 않고 지나가게 되며 공의 후면과 상ㆍ하에 일정한 간격으로 난류가 생긴다. 난류가 일어나면 그 내부의 압력이 낮아지고 압력차가 생겨 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 힘이 발생하게 된다. 회전 없이 똑바로 가던 공은 상하로 급격히 움직이면서 변화를 일으키게 된다.
* 기저면
배구경기에서 수비하는 선수가 코트에 몸을 낮추는 이유 중 하나는 무게중심을 낮추어 안정성을 증가시키기 위함이다. 배구선수들은 리시브 동작 중에 무게중심의 위치를 낮게 하고 기저면을 넓게 유지하고자 노력하며, 이러한 동작은 안정성을 증가시켜 상대 선수의 스파이크를 적절히 리시브할 수 있게 해준다.
스파이크에 있어서 중요한 또 다른 요소는 바로 공격스텝이다. 모든 선수들은 항상 무게중심선을 기저면 안에 위치시키기를 원한다고 생각해서는 안된다. 필연적으로 공격수는 공격스텝을 위해 걷거나 달릴 때 발을 전방으로 내딛어야만 한다. 이렇듯 공격스텝을 위해 걷거나 달릴 때에는 무게중심선이 앞으로 이동하여 기저면 밖으로 벗어나게 되며, 이로 인하여 신체는 안정 상태에서 불안정 상태로 변하게 된다. 그림에서 보듯이 발이 지면과 접촉하면 무게중심은 양 발 사이의 기저면 위에 위치하게 됨으로써 다시 안정 상태를 유지하게 된다.
* 무게 중심선
무게중심선이 기저면 상에 위치하게 되면 안정성이 증가한다. 선수의 무게중심을 통과하는 수직선, 즉 무게중심선을 기저면안에 위치시키면 균형을 유지하기 쉽다. 무게중심선이 기저면의 중앙에 가까울수록 안정성은 더욱 커지고 반대로 기저면 가장자리에 가까워질수록 불안정하게 된다. 기저면이 클수록 무게중심선을 기저면 안에 위치시키기가 쉽다.

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