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문제 정의
- 특히 낮은 선수층에도 불구하고, 한국 신기록이 매 경기 마다 작성되고 있지만, 국내 기록이 세계 기록과 아시아 기록과는 많은 차이를 보이고 있어, 세계기록과의 격차를 줄이고 나아가 국내의 침체되어 있는 육상의 발전을 위해서는 보다 체계적이고 과학적인 연구들이 이루어 져야 한다. 따라서 이 연구의 목적은 회전별 역학적 특성과 투사요인을 분석함으로서, 국내 선수들의 경기력 향상을 위한 방안을 제시하는데 있다.
- 이 연구는 국내 남자 해머던지기 선수들을 대상으로 예비 회전(preliminary winds) 후, 각 회전(turn)에 대한 역학적 분석을 통해 선수들의 회전동작에 대한 문제점을 찾는데 있다. 이를 위해 국가대표 및 대표급 선수 4명을 대상으로 실험하였으며, 모든 선수들은 시합 상황에 맞게 6번의 시기 중에서 개인별 최고 측정기록을 선정하여 분석하였다.
제안 방법
- 각 회전 동안 분석된 운동학적 요인은 거리요인, 속도요인, 그리고 각도요인이며, 각도요인 중 릴리즈각(release angle), 궤적각(orbit angle: incline of elliptical path of the hammer)을 분석하였다. 궤적각(orbit angle)은 각 회전마다 해머의 Z축과 Y축의 위치 좌표 값을 이용하여 계산하였으며, 다음 식과 같다(Konz, 2006).
- 본 연구는 남자 해머 국가대표 및 상비군 선수들을 대상으로 각 4회전과 3회전에 대한 운동학적 요인과 운동역학적 요인을 분석하였으며, 선수들의 신체적 특성은 [Table 1]과 같다.
- 본 연구에 사용된 실험장비와 분석 장비는 [Table 2]와 같은 촬영 장비와 영상분석 장비를 사용하였다.
- 카메라 영상은 30 frames/sec로 촬영하였고, 셔터스피드는 500 Hz/s로 설정하였다. 본 연구에서 분석된 자료는 실제 경기 상황에 맞게 총 6회 실시 후 피험자 별 가장 좋은 기록을 선정하여 분석하였다.
- 본 연구에서의 분석 국면은 예비 스윙 후 회전이 시작되는 최저점에서 릴리즈까지로 설정하였으며, [Figure 2]와 같이 10개의 Event와 4개의 Phase로 설정하여 각각 분석하였다. [Figure 2]에서 LP는 수직축을 기준으로 해머가 가장 낮은 지점이며, HP는 수직축을 기준으로 해머가 가장 높은 지점을 의미한다.
- 이 연구는 국내 남자 해머던지기 선수들을 대상으로 예비 회전(preliminary winds) 후, 각 회전(turn)에 대한 역학적 분석을 통해 선수들의 회전동작에 대한 문제점을 찾는데 있다. 이를 위해 국가대표 및 대표급 선수 4명을 대상으로 실험하였으며, 모든 선수들은 시합 상황에 맞게 6번의 시기 중에서 개인별 최고 측정기록을 선정하여 분석하였다.
대상 데이터
- 해머던지기 4 turn 동작과 릴리즈 동작을 분석하기 위해 Sony PD-150 비디오 카메라 5대를 이용하여 영상을 촬영하였고, 영상분석에 필요한 공간 좌표를 얻기 위해 [Figure 1]과 같이 높이 2 m, 길이 5 m, 폭 4 m의 통제점 틀을 사용하였다. 카메라 영상은 30 frames/sec로 촬영하였고, 셔터스피드는 500 Hz/s로 설정하였다.
데이터처리
- 영상분석을 위해 비디오카메라 5대를 이용하여 촬영하였으며, Kwon3D 3.1 프로그램을 이용하여 각 관절 점의 위치좌표를 얻었다. 산출된 위치좌표는 Matlab R2009a를 사용하여 운동학적, 운동역학적 변인을 계산하였고, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 위에 제시된 운동학적 요인과 운동역학적 요인을 산출하기 위해 사용된 분석 프로그램은 Kwon3D version 3.1과 Matlab R2009a 프로그램을 이용하여 산출하였다.
이론/모형
- 1 프로그램을 이용하여 각 관절 점의 위치좌표를 얻었다. 산출된 위치좌표는 Matlab R2009a를 사용하여 운동학적, 운동역학적 변인을 계산하였고, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 인체는 22개의 관절점과 2개의 가상 관절점(핸들, 볼)으로 총 24개의 관절점에 15개의 분절이 연결된 강체구조(linked rigid body system)로 정의하였고, 3차원 공간좌표 계산은 DLT 방법(Abdel-Aziz. & Kararah, 1971)을 이용하였으며, 각 분절과 전신의 신체중심을 구하기 위한 신체분절지수(body segment parameter)는 Plagenhoef, Evans와 Abdelnour(1983)의 자료를 이용하였다.
성능/효과
- 3회전과 4회전에 있어서는 평균 0.57±0.04 sec와 0.50±0.03 sec로 회전이 증가할수록 짧은 시간을 보였고, 두 발 지지시간과 한 발 지지시간 또한 다소 짧은 시간을 보였다.
- (1997), Konz(2006)에 의하면, 두 발 지지에서 한 발 지지로 이동하기 전 볼의 위치는 축 발 앞 쪽에 놓여져 있을때, 두발 지지 동안 속도를 크게 증가시킬 수 있는 것으로 보고하였는데, 축 발과 회전 발, 그리고 볼의 위치를 나타낸 [Figure 5]에 의하면, 피험자 A의 경우는 4회전 최저점과 릴리즈 전 최저점에서 볼이 축 발 앞에 높여진 특성을 보였고, 피험자 B와 C의 경우는 전반적으로 축 발보다 회전 발 앞쪽에 놓여진 특성을 보였다. 그리고 피험자 D의 경우는 2회전과 3회전의 최저점과 릴리즈 전 최저점에서 축 발 앞에 놓여진 상태에서 한 발 지지로 전환되는 특성을 보임에 따라 피험자 A와 D가 다소 회전 시 속도를 증가시킬 수 있는 자세를 보였다. 기록에 직접적인 영향을 주는 릴리즈 순간 해머의 높이는 어깨 높이와 유사한 위치에서 릴리즈가 이루어져야 하는 것으로 보고(Otto, 1992; Bartonietz et al.
- 두 발 지지에서 한 발 지지로 이동하기 전 축 발과 회전 발, 그리고 볼의 위치를 나타낸 [Figure 5]에 의하면, 피험자 A의 경우는 4회전 최저점과 릴리즈 전 최저점에서 볼이 축 발앞에 높여진 특성을 보였고, 피험자 B와 C의 경우는 전반적으로 축 발보다 회전 발 앞쪽에 위치한 특성을 보였다. 그리고 피험자 D의 경우는 2회전과 3회전의 최저점과 릴리즈 전 최저점에서 축 발 앞에 위치한 상태에서 한 발 지지로 전환되는 특성을 보였다.
- 07 m를 보였지만, E4, E6, E8 최고점에서는 회전이 증가할수록 큰 차이 없이 좁아지는 특성을 보였다. 기록이 가장 좋은 피험자 A의 경우 회전이 증가할수록 다른 피험자와 달리 최저점과 최고점에서 큰 차이를 보이지 않고, 점진적으로 좁아지는 특성을 보이면서 회전운동에 유리한 동작을 보이는 것과 달리 피험자 B는 최고점에 있어서 회전 발이 축 발과 다소 떨어진 상태에서 회전동작이 이루어지는 특성을 보였다.
- 15 m 내외의 차이에서 회전동작이 이루어지는 것으로 나타났다. 두 발 지지에서 한 발 지지로 이동하기 전 축 발과 회전 발, 그리고 볼의 위치를 나타낸 [Figure 5]에 의하면, 피험자 A의 경우는 4회전 최저점과 릴리즈 전 최저점에서 볼이 축 발앞에 높여진 특성을 보였고, 피험자 B와 C의 경우는 전반적으로 축 발보다 회전 발 앞쪽에 위치한 특성을 보였다. 그리고 피험자 D의 경우는 2회전과 3회전의 최저점과 릴리즈 전 최저점에서 축 발 앞에 위치한 상태에서 한 발 지지로 전환되는 특성을 보였다.
- 릴리즈 순간에 있어서는 평균 1.69±0.08 m를 보이면서 피험자 A와 D가 1.76 m로 가장 높은 위치를 보였고, 피험자 B가 1.61 m로 가장 낮은 위치에서 릴리즈 동작을 수행하는 것으로 나타났다.
- 마지막 4회전이 시작되는 최저점과 최고점(E7-E8)에서는 평균 1.08 ± 0.60 m/s의 감속도, 그리고 4회전 최고점에서 릴리즈 전 최저점(E8-E9)에서는 평균 1.95±0.19 m/s 증가된 속도를 보이면서 최저점에서 증가된 속도가 최고점에서 평균 1 m/s 전후의 감속도를 보였다.
- 이들 연구를 통해 종합해 보면, 국내 선수들이 세계기록과 아시아 기록보다 낮은 결과를 보이는 것은 예비스윙(wind) 동작에서 얻은 초속도가 세계선수들보다 상대적으로 작고, 원심력에 대항할 수 있는 근력이 작다는 것을 볼 수 있다. 이는 회전발과 축 발의 이동궤적과 두 발 지지에서 한 발 지지로 이동하기 전 축 발과 회전 발, 그리고 볼의 위치를 나타낸 그림에서 볼 수 있듯이, 볼을 끌어당기지 못하고, 볼에 이끌려 회전하는 모습으로 볼 수 있어, 두 발 지지 동안 회전속도를 얻지 못하는 결과로 보여 진다.
- 이러한 특성은 속도차이에서 볼 수 있듯이, 2회전 최고점과 3회전이 시작되는 최저점(E4-E5)까지 점진적인 속도를 보이다가 3회전 최저점과 최고점(E5-E6)에서는 평균 0.91±1.37 m/s의 감속도를 보였고, 3회전 최고점과 4회전이 시작되는 최저점(E6-E7)에서는 평균 2.84±1.0 m/s 증가된 속도를 보였다.
- 이와 달리, 피험자 B는 1회전이 시작되는 최저점인 E1부터 릴리즈까지 최저점과 최고점 모두 원심력의 크기가 점진적으로 증가되는 특성을 보였다. 피험자 C는 피험자 B와 유사한 유형을 보였지만, 4회전의 최고점인 E8에서만 4회전이 시작되는 E7의 최저점보다 원심력이 작아지는 특성을 보였다.
- 전·후(Y축) 거리차를 살펴보면, 최저점에 있어서 E1의 경우 피험자 간에 많은 차이로 평균 0.21±0.25 m로 보였지만, 2회전의 E3에서는 평균 0.26±0.04 m로 다소 길어진 후, 3회전과 4회전에서는 다소 짧아지는 특성을 보였다.
- 회전별 해머의 변위를 살펴보면, 최저점에 있어서는 회전 수에 따라 큰 차이를 보이지 않았지만, 전반적으로 피험자 A가 다른 피험자들에 비해 다소 큰 변위를 보였다. 최고점에 대한 변위 차이를 살펴보면, 회전 수에 따라 수직 변위 값이 작은 특성을 보이고 있지만, 회전이 증가함에 수직 높이가 점진적으로 높아지는 것으로 나타났다. 이러한 특성은 [Figure 3]에서 볼 수 있듯이, 모든 피험자가 회전이 증가할수록 점진적으로 수직 높이가 증가되는 특성을 보이고 있다.
- 최고점에 있어서 1회전의 E2도 피험자 간에 많은 차이를 보이면서 평균 0.02±0.10 m를 보였지만, 회전이 증가할수록 0.15 m 내외의 차이에서 회전동작이 이루어지는 것으로 나타났다.
- 릴리즈 순간의 투사요인에 있어서 투사각도는 피험자 별 큰 차이는 보이지 않았지만, 궤적각에 의한 릴리즈 높이는 피험자간에 차이를 보였다. 특히 기록에 가장 많은 영향을 주는 투사 속도는 피험자 간에 많은 차이를 보였는데, 회전이 증가함에 따라 원심력에 대항할 수 있는 체력적인 면과 기술적인 면에서의 차이를 보였다.
- 19 m/s 증가된 속도를 보이면서 최저점에서 증가된 속도가 최고점에서 평균 1 m/s 전후의 감속도를 보였다. 특히 최저점과 최고점에서 작은 감속도를 보이는 피험자 B, C와 달리 A와 D의 경우 E4-E5, E5-E6, E6-E7에서 감속도와 가속도의 편차가 큰 특성을 보였다.
- 회전이 증가할수록 한 발 지지와 두 발 지지시간이 짧아지고, 회전 발이 축 발에 가까워지는 특성을 보였지만, 수평 이동보다 좌우 이동이 큰 특성을 보였다. 특히 회전이 증가함에 따라 두 발 지지에서 한 발 지지로 전환되는 시점의 최저점에서 볼이 축 발보다 회전 발 앞에 놓여져 있어, 두 발 지지에서의 회전 속도를 크게 얻지 못하는 특성을 보였다.
- 표에 의하면, 1회전이 시작된 최저점 E1(LP1)의 평균 속도는 평균 11.94±1.17 m/s에서 시작되어 3회전이 시작되는 최저점 E5(LP3)까지 점진적으로 속도가 증가되는 특성을 보였지만, E6에서 E9까지 최저점과 최고점에서의 속도변화가 큰 특성을 보였다.
- 표에 의하면, 예비 스윙 후 1회전이 시작되는 최저점의 E1에는 원심력의 크기가 체중의 평균 0.58±0.05 BW를 보였지만, 2회전의 최저점에서는 체중의 평균 1 BW 넘는 것으로 나타났고, 회전이 증가할수록 원심력의 크기가 증가되는 특성을 보였고, 릴리즈 순간에 있어서는 체중의 평균 2.31±0.21 BW로 나타났다.
- 피험자별 특성을 보면, 피험자 A의 경우 원심력이 점진적으로 증가되면서 최고점보다 최저점에서 크게 증사되는 특성을 보였는데, E6부터는 최저점보다 최고점에서 원심력의 크기가 다소 작아지는 특성을 보였다. 피험자 D도 최저점에서 원심력의 크기가 최고점보다 크게 증가되는 특성을 보였지만, 2회전 최고점의 E4부터 최저점보다 최고점에서 원심력이 다소 작아지는 특성을 보였다.
- 03 sec로 회전이 증가할수록 짧은 시간을 보였고, 두 발 지지시간과 한 발 지지시간 또한 다소 짧은 시간을 보였다. 피험자 별 특성을 보면, 피험자 A의 경우 선행연구와 달리 3회전과 4회전에 있어서는 두 발 지지시간보다 한 발 지지시간이 다소 긴 시간을 보인 반면에, 피험자 B, C, D의 경우는 한 발 지지시간보다 두 발 지지시간이 다소 긴 특성을 보였다.
- 피험자별 특성을 보면, 피험자 A의 경우 원심력이 점진적으로 증가되면서 최고점보다 최저점에서 크게 증사되는 특성을 보였는데, E6부터는 최저점보다 최고점에서 원심력의 크기가 다소 작아지는 특성을 보였다. 피험자 D도 최저점에서 원심력의 크기가 최고점보다 크게 증가되는 특성을 보였지만, 2회전 최고점의 E4부터 최저점보다 최고점에서 원심력이 다소 작아지는 특성을 보였다.
- 피험자별 특성을 보면, 피험자 B와 D의 경우는 회전이 증가할수록 궤적각이 작아지는 반면에 피험자 C의 경우는 2회전에서 가장 큰 각을 보였지만, 3회전과 4회전에서는 궤적각이 작아지는 특성을 보였다.
- 해머던지기에서 거리에 직접적인 영향을 주는 릴리즈각을 살펴보면, 평균 40.2±1.59°로 피험자 간에 많은 차이를 보이지 않았지만, 피험자 D가 42.6°로 가장 큰 릴리즈 각을 보였고, 피험자 B, C, D는 유사한 릴리즈 각을 보였다.
- 회전별 최저점과 최고점에 대한 해머의 위치 변화를 살펴보면, 회전이 증가할수록 최저점은 점진적으로 낮아지는 특성을 보였으며, 최고점에 있어서는 최저점과 반대로 점진적으로 해머의 높이가 증가되는 특성을 보였다. 특히 3회전 동작을 수행하는 피험자 D의 경우는 마지막 3회전에서 2.
- 회전이 증가할수록 한 발 지지와 두 발 지지시간이 짧아지고, 회전 발이 축 발에 가까워지는 특성을 보였지만, 수평 이동보다 좌우 이동이 큰 특성을 보였다. 특히 회전이 증가함에 따라 두 발 지지에서 한 발 지지로 전환되는 시점의 최저점에서 볼이 축 발보다 회전 발 앞에 놓여져 있어, 두 발 지지에서의 회전 속도를 크게 얻지 못하는 특성을 보였다.
후속연구
- 국내 선수들의 경기력 향상을 위해 차후의 연구에서 부가적으로 분석될 변인으로는 볼의 회전속도를 얻기 위해 회전 수에 따른 각운동량(angular momentum), 릴리즈 순간의 선속도과 관련된 몸통각(Dapena, 1986; Jaede, 1991), 그리고 회전이 증가할수록 원심력이 커지기 때문에 반대방향으로 똑같은 구심력을 발휘하기 위해 회전축 다리의 무릎을 최대한 굴곡 시켜야 하는 무릎각(Jaede, 1991; Otto, 1992)의 크기, 또한 두 발 지지와 한발 지지에서 볼을 끌어당기는 자세를 확인할 수 있는 해머 줄과 어깨와의 각도(Konz, 2006; Otto, 1992)를 통해 볼을 leaded 또는 draged 된 자세로 회전하는지를 확인할 필요가 있다.
- 특히 낮은 선수층에도 불구하고, 한국 신기록이 매 경기 마다 작성되고 있지만, 국내 기록이 세계 기록과 아시아 기록과는 많은 차이를 보이고 있어, 세계기록과의 격차를 줄이고 나아가 국내의 침체되어 있는 육상의 발전을 위해서는 보다 체계적이고 과학적인 연구들이 이루어 져야 한다. 따라서 이 연구의 목적은 회전별 역학적 특성과 투사요인을 분석함으로서, 국내 선수들의 경기력 향상을 위한 방안을 제시하는데 있다.
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