생체역학 예종이 연습문제 풀이 입니다.

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목차

1장 생체역학의 본질과 범위
2장 인체운동의 생체역학적 표현
3장 인체의 기계작용
......
12장.각운동의 운동역학적 분석

본문내용

하시오.
위치에너지와 운동에너지를 합하여 역학적 에너지라고 하는데 중력의 영향을 받으면서 운동하는 물체는 다른 외력이 작용하지 않는 한 에너지의 홍합은 일정하며 다만 에너지의 형태만 바뀌게 되는데 이를 역학적 에너지라고 한다. 스포츠 현장에서 선수가 자신의 인체중심을 상승시키거나 또는 물체를 들어 올리는 경우에 이러한 역학적 에너지의 보존 법칙에 의하여 매우 중요한 의미를 가진다.
39.다이빙 선수가 14m/sec의 속도로 입수하였다면 그 선수는 얼마의 높이에서 다이빙을 하였는가를 산출하시오. 단, 다이빙 선수는 수직하방으로 자유 낙하를 한 것으로 간주한다.
10m
12.각운동의 운동역학적 분석
1.다음의 개념들에 대하여 정의하시오.
1) 토크(힘의 모멘트)
편심력이 물체에 가해지면 그 물체는 축 또는 고정점을 중심으로 회전하려는 경향이 나 타나는데 이를 토크 또는 힘의 모멘트라고 한다.
2) 편심력
그 작용선이 물체의 중심을 통과하지 않는 힘을 뜻한다.
3) 짝힘
크기가 같고 방향이 서로 반대이며 평행인 두 개의 힘을 뜻한다.
4) 관성 모멘트
어떤 물체를 회전시키려 할 때 잘 돌아가지 않으려는 속성, 즉 각운동 상태의 변화에 대 하여 그 물체가 지니고 있는 저항 속성을 뜻한다.
5) 반경 가속도
등속 원운동시의 가속도는 항상 원의 중심을 향하는데 이와 같이 회전 중심을 향하는 가 속도를 구심가속도 또는 반경 가속도라고 부른다.
6) 자이레이션 반경
모든 질점의 축으로부터의 평균거리를 뜻한다. 실제적으로 존재하는 값이 아니기 때문에 직접 측정이 불가능하며 관성 모멘트를 구한 후에 계산해 낼 수 있다.
7) 각운동량
회전체의 관성 모멘트와 각속도의 곱으로 정의되는 물리량으로 선운동량과 마찬가지로 방향과 크기를 지니고 있는 벡터량이다.
8) 구심력과 원심력
. 구심력 : 물체를 구속시켜 원주 위를 운동하게 하는 원인으로서 회전중심을 향하여 작 용하는 반경 성분의 힘을 말하며 원심력은 구심력에 대한 반작용력으로서 회전 하는 물체가 회전궤도를 이탈하고자 하는 가상적인 힘을 말한다.
. 원심력 : 구심력에 대한 반작용력으로서 회전하는 물체가 회전궤도를 이탈하고자 하는 가상적인 힘을 말한다.
2.관성 모멘트의 평행축 원리에 대하여 설명하시오.
질량 중심을 통과하는 축과 평행을 이루고 있는 축에 대한 관성 모멘트는 질량 중심을 통과한 축에 대한 관성모멘트에 질량 ×평행한 두 축 사이의 거리의 제곰을 더한 값과 같다.
3.다음의 법칙에 대하여 설명하시오.
1) 각관성의 법칙
순수한 외적 토크가 작용하지 않는 한 회전체는 동일 축을 중심으로 일정한 각운동량을 가지고 회전상태를 계속 유지한다.
2) 각가속도의 법칙
강체에 비평형의 토크가 가해지면 가해진 토크에 비례하고 관성 모멘트에 반비례하는 각 가속도가 토크의 방향과 동일한 방향으로 발생한다.
3) 각반작용의 법칙
한 물체가 다른 물체에 발휘한 모든 토크는 이들 물체들이 동일한 축 주위를 회전한다면 후자의 물체에 의하여 전자의 물체에 발휘되는 크기가 같고 방향이 반대인 토크가 존재한 다.
4.각운동량 보존의 법칙에 대하여 답하시오.
회전체에 순수한 토크가 가해지지 않는 한 그 회전체는 크기와 방향이 일정한 각운동량 을 지닌다.
5.다음 그림은 체중이 80kg인 사람의 발에 작용하는 힘을 나타낸 것이다. 다음의 물음에 답하시오.
1) 아킬레스건의 장력 Fm의 크기는?
1224.76N
2) 발목관절에서 발생하는 접촉력 Fc의 크기와 방향은?
954.45N, 45°
6.질량 5kg의 웨이트 슈즈를 신고서 하퇴의 웨이트 트레이닝을 그림과 같이 실시하였다. 0도, 30도, 60도, 90도에서 웨이트 슈즈에 의하여 발생하는 토크를 산출하시오.
0° : 5 × 9.8 × 0.45 × cos0° = 22.05N m
30° : 3.4N m
60° : 11.03N m
90° : 0
7.다음의 그림에서 회전축에 대한 물체의 관성모멘트를 산출하시오.
(1) 10×2500=25000 10
(2) (8×400)+(2500×2)=8200 0.82
(3) (2×400)+(8×2500)=4800 2.08
8.팔을 상완(m1=4kg), 전완(m2=3kg), 손(m3=1kg)의 세 개 분절로 그림과 같이 구분했을 때 어깨관절에 대한 팔의 관성모멘트와 팔의 무게에 의하여 어깨 관절에 가해지는 토크를 각각 산출하시오.
m1(관성 모멘트) : 4 × 0.3² = 0.36kg m²
(토크) : 4 × 9.8 × 0.3 × cos90° = 11.76N m
m2 : 0.61kg m², 13.23N m
m3 : 0.36kg m², 5.88N m
9.의족의 질량이 5kg이며 그 질량중심이 무릎관절로부터 20cm 되는 지점에 위치하고 있으며 의족의 자이레이션 반경은 15cm이며 대퇴의 길이는 45cm이다. 이 때 다음을 산출하시오.
1) 무릎관절에 대한 의족의 관성모멘트는?
5 × 0.2² = 0.2kg m²
2) 힙(엉덩)관절에 대한 의족의 관성모멘트는?
5 × 0.15² = 0.1125kg m²
0.1125 + 5 × 0.65² = 2.225kg m²
∴ 2.225kg m²
10.400m 육상 트랙의 곡선주로 반경이 30m라고 할 때에 체중 80kg의 주자가 10m/sec로 곡선 주로를 달리고 있을 때 다음 물음에 답하시오.
1) 육상 선수가 곡선 주로를 달리기 위하여 요구되는 구심력의 크기는?
27.21kg 중
2) 구심력을 제공받기 위한 신체의 내측 경사각은 몇 도인가?
약 19°
3) 곡선 주로에서 주자가 미끄러지지 않기 위한 신체의 내측 경사각과 최대 정지마찰계수와의 관계는?
수평 성분력 : Fx = F sin∂
수직 성분력 : Fy = F cos∂
Fx = 구심력 = F sin∂ ≤ μ Fy
μ ≤ Fy/Fx ∴ μ ≥ tan ∂
즉 곡선 주로에서 주자가 미끄러지지 않기 위해서는 신체의 내측 경사각에 대한 tan 값이 최대 정지 마찰계수 μ보다 작아야 한다. 트랙면과 신발 사이의 최대 정지 마찰계수가 0.4 라고 하면 주자가 신체를 내측으로 약 19° 기울임으로써 곡선 주로에서 넘어지거나 미끄러지지 않고 달릴 수 있게 된다.

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