The purpose of this study was to perform a kinematic analysis of the high jump techniques of the three men's medalists at the 2011 IAAF Championships in Daegu (August 27-September 4, 2011). In particular, a three-dimensional coordinates method was used to analyze the last three strides before touchd...
The purpose of this study was to perform a kinematic analysis of the high jump techniques of the three men's medalists at the 2011 IAAF Championships in Daegu (August 27-September 4, 2011). In particular, a three-dimensional coordinates method was used to analyze the last three strides before touchdown, the touchdown techniques, and the movements after takeoff toward the bar. An analysis of the, data for the biomechanical characteristics of the world's best high jumpers could contribute to an improvement in the performance of a national high jumper. The first conclusion of the data analysis was that the arm movements of the gold medalist, J. Williams, had a single arm form, whereas the arm movements of the other medalists were a double arm form. Second, the difference in the knee joint angles upon touchdown and toe-off was $10^{\circ}$. Third, J. Williams achieved his maximum CM height after takeoff (1.26 m) using the maximum flexion of his knee joint. Fourth, the foot contact duration of A. Dmitrik (0.11 s) was the shortest among the medalists, and the ratio for his transformation of horizontal velocity to vertical velocity was the greatest (75.25%) among the three. Last, the maximum CM height of T. Barry was the greatest, and his foot contact duration was the longest.
The purpose of this study was to perform a kinematic analysis of the high jump techniques of the three men's medalists at the 2011 IAAF Championships in Daegu (August 27-September 4, 2011). In particular, a three-dimensional coordinates method was used to analyze the last three strides before touchdown, the touchdown techniques, and the movements after takeoff toward the bar. An analysis of the, data for the biomechanical characteristics of the world's best high jumpers could contribute to an improvement in the performance of a national high jumper. The first conclusion of the data analysis was that the arm movements of the gold medalist, J. Williams, had a single arm form, whereas the arm movements of the other medalists were a double arm form. Second, the difference in the knee joint angles upon touchdown and toe-off was $10^{\circ}$. Third, J. Williams achieved his maximum CM height after takeoff (1.26 m) using the maximum flexion of his knee joint. Fourth, the foot contact duration of A. Dmitrik (0.11 s) was the shortest among the medalists, and the ratio for his transformation of horizontal velocity to vertical velocity was the greatest (75.25%) among the three. Last, the maximum CM height of T. Barry was the greatest, and his foot contact duration was the longest.
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문제 정의
8. 27 - 9. 4(9일간) 대구에서 개최된 2011 대구세계육상선수권대회 높이뛰기 종목에 출전하였던 세계일류선수들의 도약기술 즉, 발구름 전까지의 3개의 스트라이드 동작, 발구름 동작 그리고 공중동작에서의 움직임을 3차원으로 분석함으로써 세계적인 높이뛰기 선수 특히 메달리스트들의 기술에 대한 바이오메카닉스적인 특성을 찾아내고, 국내 높이뛰기 경기력을 위한 현장에서 필요한 정량적인 자료를 얻는데 목적이 있다.
8. 27 - 9. 4(9일간) 대구에서 실시하였던 2011대구세계육상선수권대회에서 높이뛰기 종목에 출전하였던 세계적 선수들의 발구름 전까지의 3개의 스트라이드 동작, 발구름 동작에서의 운동학적 변인 그리고 공중동작에서의 움직임을 3차원으로 분석함으로써 세계적인 높이뛰기 선수들의 기술적인 측면을 조사하고 국내 높이뛰기 선수들에게는 그러한 기술적인 측면을 바탕으로 현장에서 필요한 정량적인 자료를 제시하는데 그 목적이 있다.
따라서 본 연구는 2011. 8.
제안 방법
4대의 고속디지털비디오카메라(Casio, Model Ex-FH20, 촬영 스피드 300 프레임, 노출시간 1/1000초)로 3명의 메달리스트를 포함한 결승 경기의 발구름 준비 마지막 2보와 발구름동작(왼발구름)을 촬영하였다. 그리고 이들 카메라는 대구스타디움의 스탠드 최상단에 설치했다[Figure 1].
그리고 발구름 발 접지시의 자세의 지표로서 신체의 내경각과 후경각, 몸통의 경사각(양어깨와 양고관절의 중점을 이은 선이 연직선과 이루는 각도)을 산출하였으며, 발구름다리의 발구름시의 무릎관절각도 등을 구하였다.
007m이었다. 또 Ae(1996)의 신체부분관성계수를 이용하여 신체 각 부분 및 전신의 중심위치를 추정하여, 신체 중심높이를 산출함과 동시에 수치미분함으로써 도움닫기 및 발구름 국면에 있어서의 신체부분의 속도 등을 산출하였다. 또한 높이뛰기의 높이(성적)는 발구름 발 이지시의 중심높이(H1), 공중에서 중심이 상승하는 연직거리(H2), 그리고 중심의 최고도달높이와 클리언스한 바 높이와의 차(H3)의 총합이라는 점에 착안하여 H1, H2 및 H3를 산출하였다.
또 Ae(1996)의 신체부분관성계수를 이용하여 신체 각 부분 및 전신의 중심위치를 추정하여, 신체 중심높이를 산출함과 동시에 수치미분함으로써 도움닫기 및 발구름 국면에 있어서의 신체부분의 속도 등을 산출하였다. 또한 높이뛰기의 높이(성적)는 발구름 발 이지시의 중심높이(H1), 공중에서 중심이 상승하는 연직거리(H2), 그리고 중심의 최고도달높이와 클리언스한 바 높이와의 차(H3)의 총합이라는 점에 착안하여 H1, H2 및 H3를 산출하였다.
분석하고자 하는 상위 입상선수 3명의 최고기록 시기에 대해 발구름전 2보 접지 시점 전의 5프레임부터 발구름하여 선수가 바(Bar)를 클리언스하는 최고점 후의 5프레임까지 신체계측점 23점을 디지타이징하고, 이들의 3차원좌표값을 DLT법에 의해 산출한 다음, 이를 이동평균법을 이용하여 평활화하였다. 또한 계측오차의 왼쪽 평균은 X축(바아에 평행)방향으로 0.
캘리브레이션은 경기 전과 후에 각 1회씩 촬영하였다[Figure 2]. 연구내용으로는 높이뛰기시 신체중심의 속도, 도약각, 무릎관절 각도, 발구름시의 신체의 기울기각 등을 분석하였다[Figure 2~5].
이러한 목적을 달성하기 위하여 고속카메라 4대를 이용하여 공식대회 결승경기를 촬영한 후 메달리스트들의 가장 높은 기록의 동작들을 운동학적으로 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
2011 대구세계육상선수권대회의 스포츠과학적 지원을 위한 한국운동역학회의 프로젝트 팀은 국내 14대학과 56명의 연구원(종목별 연구수행책임자 : 20명, 연구원 : 36명) 그리고 일본의 협력팀(연구원 : 7명))으로 구성, 총 8개 종목에 대한 남·녀 경기를 분석하였으며 그 중 계명대학교와 용인대학교가 한 팀을 이뤄 높이뛰기 종목을 담당하였다.
35 m를 모두 2차 시기에 넘어 성공 시기에서 밀려 2위에 그쳤다. 바하마의 트레버 T. Barry는 자신의 최고 기록인 2.32 m를 성공시키며 동메달을 획득하였다.
이 연구의 대상자는 남자높이뛰기 결승진출자 중 상위입상자 3명이었다[Table 1].
높이뛰기 종목에서 선수들의 발구름 동작 시 팔과 리드다리의 동작에 따라 다음과 같이 구분되는데, 팔의 스윙은 싱글암(S)형과 더블암(D)형으로, 리드다리의 스윙동작은 굴곡(B)형과 전반에는 무릎을 조금 신전해서 후반에 굴곡해서 스윙하는 반굴곡(HB)형으로 나눌 수 있다(Ae, 1990). 이번 대회에서 금메달을 획득한 J. Williams의 높이뛰기 동작 시 팔 스윙 운동 형태는 싱글암형이었으며, 은메달을 획득한 A. Dmitrik과 동메달을 획득한 T. Barry는 더블암형이었다. 그리고 싱글암형 팔 스윙을 한 J.
성능/효과
1. 금메달을 획득한 J. Williams의 높이뛰기 동작 시 팔 스윙 운동 형태는 싱글암 형이었으며, 은메달을 획득한 A. Dmitrik과 동메달을 획득한 T. Barry는 더블암 형이었다.
2. 금, 은메달리스트의 공통점은 발구름 동작 시 접지 시와 이지 시 무릎각도의 굴신 범위가 약 10 °였다.
4. A. Dmitrik는 발구름의 접촉시간(0.11 sec.)이 가장 짧았으며, 수평의 속도를 수직의 속도로 전환률(76.25%)도 가장 좋았다. 발구름 발의 무릎은 가장 신전된 상태(155.
5. T. Barry는 신체중심의 최대 높이(2.66 m)가 가장 높았으며, 발구름의 접촉시간(0.19 sec.)도 가장 길었다. 발구름 국면에서 후경각(17.
97 m/s로 속도가 아래방향으로 감소하였다가 발구름 접지시 위방향으로 전환되어 증가하는 경향을 나타내 보였다. A. Dmitrik의 경우는 발구름 2보전 접지시 -0.69 m/s, 발구름 1보전 접지시 -1.14 m/s, 발구름 접지시 1.88 m/s, 발구름 이지시 4.88 m/s로 속도가 아래방향으로 증가하였다가 발구름 접지시 위방향으로 전환되어 증가하는 경향을 나타내 보였다. T.
20 m/s로 속도가 감소하는 경향을 나타내 보였다. A. Dmitrik의 경우도 발구름 2보전 접지시 8.07 m/s, 발구름 1보전 접지시 7.8 m/s, 발구름 접지시 6.40 m/s, 발구름 이지시 4.56 m/s로 속도가 감소하는 경향을 나타내 보였다. T.
22 m로 나타났다. 그리고 최대 중심의 높이와 바의 높이와의 차이인 H3의 결과는 J. Williams와 A. Dmitrik이 0.29 m로 낮게 나타내 보였으며, T. Barry는 0.34 m의 차이를 나타내 보였다. 신체중심의 최대 높이는 낮은 기록을 넘은 T.
38 m 의 신체중심 수직 높이를 H1에서 나타내었다. 높이뛰기 시 구름발이 지면에 떨어지는 순간부터 공중에서 신체중심이 상승한 높이인 H2의 결과 J. Williams가 1.26 m로 가장 높게 나타내 보였고, A. Dmitrik과 T. Barry는 1.22 m로 나타났다. 그리고 최대 중심의 높이와 바의 높이와의 차이인 H3의 결과는 J.
이와 같은 두 형태의 다리 스윙들은 각운동량적 측면에서 더블암형은 좌우의 팔이 생성한 세로축둘레의 각운동량이 상쇄되지만, 싱글암형은 스윙다리와는 반대방향의 각운동량이 생성되는 것으로 해석되고 있다(Kaneko & Fukunaga, 2006). 따라서, 본 연구의 선수들은 발구름 동작에서의 싱글암형 팔스윙-반굴곡형 리드다리 스윙형, 더블암형 팔스윙-굴곡형 리드다리스윙은 역학적으로 합리적인 동작을 하고 있음을 의미한다고 할 수 있다.
이는 도약에 의해서 높아진 수평 운동을 수직 운동으로 신체를 효율적으로 전환시켜 이지 시 신체 수직 운동을 향상시키기 위한 동작으로 판단된다. 또한 두 선수들은 발구름 발의 무릎 관절 굴곡이 가장 크게 수행되는 공통점을 보였는데, 이는 도약에 의해서 발생된 운동에너지를 발구름을 통해 위치에너지로 전환시키는데 무릎의 굴신 운동을 많이 이용하여 금메달 획득에 긍정적으로 영향을 미친 것으로 사료된다.
9°로 적은 각도를 나타내었다. 또한 발구름 발의 이지 시 수평속도와 수직속도에서 A. Dmitrik은 다른 선수들에 비해 수평속도가 상대적으로 높게 나타났다. 이는 A.
본 대회에서 나타난 발구름 발의 접지 시 후경각은 평균 34.6±2.5 °로 2007년 오사카 대회 입상자들의 평균인 42.3±2.02 °보다 작았다.
본 대회와 2007년 대회의 금메달리스트인 J. Williams와 D. Thomas의 발구름 시 무릎 관절 각도는 접지 시와 이지 시 거의 같은 각도로 나타내 보였으며, 더욱이 접지와 이지 두 시점 간에 약 10 °의 차이를 보이는 공통점을 나타내었다.
본 대회의 금메달 선수인 J. Williams의 최대 수평 속도 8.32 m/s와 이지 시 수직 속도 4.97 m/s는 D. Thomas 와 Y. Rybakov의 최대 수평 속도 7.87 m/s와 7.57m/s, 이지 시 수직 속도 4.64 m/s, 4.45 m/s 보다 높은 수치를 나타내었지만, 발구름 시간이 0.14 sec.로 D.
신체중심의 속도도 발구름 발 착지시(8.32 → 7.87 m/s)까지 가장 빨랐으며, 발구름 발 이지시에도 수직속도(4.97 m/s)가 가장 빠르게 한 후 도약각도(49.8 °)를 가장 크게 나타내 보였다.
이러한 결과는 본 대회 입상자들의 최대 수평 속도와 이지 시 수평 속도가 2007년 선수들에 비해 높았기 때문으로 생각되며, 또한 신체적으로 2007년 선수들의 평균 신장 1.94±0.04 m에 비해 J. Williams와 A. Dmitrik 모두 1.84 m로서 2007년 입상자들보다 상대적으로 작은 신장이었기 때문에 빠른 수평 속도를 이용함과 동시에 2007년 입상자들에 비해 발구름 시 적은 후경각을 유지한 것으로 사료된다.
Thomas의 발구름 시 무릎 관절 각도는 접지 시와 이지 시 거의 같은 각도로 나타내 보였으며, 더욱이 접지와 이지 두 시점 간에 약 10 °의 차이를 보이는 공통점을 나타내었다. 이에 반해 다른 선수들은 두 선수들과 비교해 볼 때 접지와 이지 시의 각도 차이에서 상이한 결과를 나타내 보였으며, 접지 시 무릎 관절 각도가 금메달을 획득한 선수들에 비해 큰 수치를 보였다. 더욱이 J.
9 ° 순으로 나타내 보 였다. 접지시의 수평속도에 대한 이지시의 연직속도의 비율(속도변환율)을 살펴보면 A. Dmitrik이 76.25%로서 가장 높게 나타내 보였으며, T. Barry는 65.86%, J. Williams는 63.15% 순으로 나타내 보였다.
후속연구
14초로 각각 보고되었다. 따라서 본 대회에서 J. Williams가 수평 운동을 수직 운동으로 전환시키는 발구름 시간을 조금만 늘렸다면 보다 좋은 기록을 수립할 가능성이 있었을 것으로 예측된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
2011년 세계육상선수권대회의 대구 유치의 의의는?
2011년 세계육상선수권대회의 대구 유치는 한국 정부, 대구육상선수권대회조직위원회와 대한육상연맹 등의 철저한 준비와 노력의 결과이며 지금까지 총 12회의 세계육상선수권대회 중, 유럽과 북미를 제외한 아시아권 국가에서의 2번째 개최임을 감안할 때, 한국과 대구는 전 세계에 국가와 도시의 위상을 높이고 스포츠 강국으로서의 자긍심까지 가지게 되었다. 이를 더욱 성공적으로 이끌기 위해 한국운동역학회는 기존의 세계육상선수권대회에서의 운동역학 프로젝트 결과사례 등을 분석·고찰하여 효과적인 경기분석 프로젝트의 수행 방안을 마련하였으며, 수차례 예행연습 및 첨단 3D 스포츠과학장비의 활용을 통한 매스컴과의 소통을 도모하였다.
높이뛰기는 순위를 어떻게 결정하는가?
높이뛰기는 선수개개인이 자신의 도움닫기 시작위치와 주로를 선정한 후, 선수들이 주종을 이루고 있는 J자 형태의 도움닫기와 포스베리 플룹(배면뛰기)기술을 이용해 신체중심을 수평 운동에서 수직운동으로 전환시킴으로서 신체중심높이를 최대로 높게하여 정해진 높이의 바(bar)를 넘는 도약경기이며 3번의 시기와 기록의 차이로 순위를 결정짓는다(Lee, 2011). 이러한 높이뛰기의 동작을 세분화시켜 보면 도움닫기(run-up), 발구름(take-off), 공중동작(bar clearance), 착지(landing)의 4단계로 나누어 볼 수 있으며 수직 상승력을 극대화하여 기록에 직접적인 영향을 미치는 가장 중요한 요인으로는 선수들의 체격과 체력 요인 그리고 역학적 메커니즘을 바탕으로 앞서 언급한 4단계의 동작을 얼마나 순차적으로 연결시키는가하는 기술적 요인으로 나눌 수 있다(Dapena, 1980, 1988).
메달리스트들의 기술에 대한 바이오메카닉스적인 특성을 찾아내고, 국내 높이뛰기 경기력을 위한 정량적인 자료를 얻기 위해 분석한 연구의 결과는?
1. 금메달을 획득한 J. Williams의 높이뛰기 동작 시 팔 스윙 운동 형태는 싱글암 형이었으며, 은메달을 획득한 A. Dmitrik과 동메달을 획득한 T. Barry는 더블암 형이었다.
2. 금, 은메달리스트의 공통점은 발구름 동작 시 접지 시와 이지 시 무릎각도의 굴신 범위가 약 10 °였다. 또한 최대 무릎 굴곡각도가 가장 큰 각도를 나타낸 공통점을 발휘하였다(2007년 오사카육상선수권대회와 2011 대구대회의 각각 금메달리스트).
3. J. Williams는 신체중심(1.38 m) 을 가장 많이 낮추었다가 가장 많이 수직상승(1.26 m)하였으며, 이는 무릎(127.2 °)을 가장 많이 굽히고 후경각(37.4 °)을 크게 한 것과 관련이 있다.
신체중심의 속도도 발구름 발 착지시(8.32 → 7.87 m/s)까지 가장 빨랐으며, 발구름 발 이지시에도 수직속도(4.97 m/s)가 가장 빠르게 한 후 도약각도(49.8 °)를 가장 크게 나타내 보였다.
4. A. Dmitrik는 발구름의 접촉시간(0.11 sec.)이 가장 짧았으며, 수평의 속도를 수직의 속도로 전환률(76.25%)도 가장 좋았다. 발구름 발의 무릎은 가장 신전된 상태(155.3 °)로 점프를 하였으며, 발구름 국면에서 내경각(17.6 °)과 몸통각(23.3 °)이 가장 작았다.
5. T. Barry는 신체중심의 최대 높이(2.66 m)가 가장 높았으며, 발구름의 접촉시간(0.19 sec.)도 가장 길었다. 발구름 국면에서 후경각(17.6 °)은 가장 작았으며, 내경각(34.8 °)과 몸통각(38.3 °)은 가장 큰 각을 보였다.
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