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문제 정의
- 본 연구는 110 m 남자 허들경기 우수선수 5명, 비 우수 선수 5명을 대상으로 제 1허들에 대한 기술을 도약구간, 허들링구간, 착지구간으로 나누어 구간별 소요시간, 보폭, 신체중심의 최대 높이, 상체 전경각의 각도-각속도, 지면반력을 분석하여 제 1허들을 빠르게 넘기 위한 효과적인 움직임을 판단하고자 하였다. 분석 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구는 남자 110 m 허들경기의 제 1허들의 허들링 기술에 대한 중요성을 인지하고 최근 1년간 국내 허들경기 입상경력이 있는 14초 대의 우수선수 5명(SG)과 입상경력이 없으며 출전 경험이 적은 15초대 비우수 선수 5명 (LSG)을 대상으로 출발로부터 제 1 허들링이 완료되는 순간까지를 운동역학적으로 분석하였다. 이러한 목적을 수행하기 위하여 선수들의 허들링시 시간요인, 거리요인, 각도요인, 각속도 요인, 그리고 지면반력 요인을 분석하였다.
- 본 연구의 목적을 수행하기 위하여 선수들이 허들을 넘을 때 발휘하는 최대 지면반력을 측정하였다. 본 연구결과 전후를 나타내는 최대 수평 반력에서 유의한 차이는 나타나지 않았으며(Table 3, Figure 6), 최대 수직 반력에서 우수 집단이 5.
- 이에 본 연구에서는 우수선수집단(SG)과 비 우수선수집단(LSG)간의 제 1허들에 대한 운동역학적 비교 분석을 통하여 제 1 허들링에 대한 효과적인 움직임에는 어떤 변인들이 작용하는지 알아보고 110 m 허들 선수들의 기술향상을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
- 총 14개의 분절(머리, 몸통, 좌·우 팔, 전완, 상완, 발, 하퇴, 대퇴)을 가진 강체모델(rigid-liked human body model)이 본 연구의 목적을 수행하기 위하여 사용되었다.
제안 방법
- 정량적 분석(quantitative analysis)을 위하여 모든 카메라는 실험전 NLT(Nonlinear Transformation)방법을 사용하여 켈리브레이션 되었다. QTM(Qualisys Tracking Manager)를 통하여 12대의 카메라로부터 획득한 반사마커들의 3차원 위치좌표는 4차 Butterworth 저역필터를 사용하여 random error를 최소화 하였으며 이때 차단 주파수(cut-off frequency)는 9 Hz로 설정하였다.
- 단거리 110 m 허들 선수들의 첫 번째 허들에 대한 SG와 LSG의 운동학적 및 운동역학적 요인을 비교 분석하기 위해 K대학교 운동 역학실에서 실험이 실시되었다. 실제의 허들링 상황을 가장 근접하게 구현하기 위하여 실제 경기장의 조건과 같은 총 20 m의 우레탄 트랙을 실험실에 설치하여 선수들이 스파이크화를 신고 달릴 수 있는 환경을 설정하였다.
- 실제의 허들링 상황을 가장 근접하게 구현하기 위하여 실제 경기장의 조건과 같은 총 20 m의 우레탄 트랙을 실험실에 설치하여 선수들이 스파이크화를 신고 달릴 수 있는 환경을 설정하였다. 또한 선수들의 첫 번째 점프가 이루어지는 곳에 허들(Star, zm551)을 설치하여 실험 환경을 만든 다음 실시하였다.
- 본 연구는 국가대표 상비군 이상의 경험이 있는 허들 선수 중 최근 1년간 허들경기 입상 성적이 있는 14초대의 우수선수 5명(SG)과 입상성적이 없으며 경기 출전경험이 적은 15초대의 비 우수선수 5명(LSG)을 대상으로 제 1허들에 대한 운동역학적 (biomechanical) 요인을 비교 분석하였다. 이를 위해 시간요인, 거리요인, 각도요인, 각속도요인, 지면반력을 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
- 본 연구는 제 1허들을 기술력 차이를 규명하기 위한 방법으로 운동학적 분석과 함께 직접적으로 신체중심의 제동력과 추진력에 영향을 주는 3차원 지면반력을 분석하여 비교하였다. 이 결과에 따르면 LSG의 경우 신체중심의 높이에 직접적으로 영향을 미치는 최대 수직반력에서 SG보다 약 1.
- 본 연구에서 상체 전경각도는 시상면에서 구하여졌으며, 각도의 정의는 고관절과 어깨관절의 중심을 연결한 벡터가 지면과 이루는 각도로 설정하였다. 상체 전경각도는 착지순간인 E4에서 SG가 LSG보다 통계적으로 유의하게 전경각의 크기를 작게 유지하며 넘는 모습을 (67.
- 본 연구의 목적을 수행하기 위하여 선수들의 제 1허들에 대한 동작을 총 4개의 이벤트(E)와 3개의 국면(P)으로 나누어 분석하였으며 각 이벤트와 국면의 설명은 다음과 같다(Figure 3).
- 단거리 110 m 허들 선수들의 첫 번째 허들에 대한 SG와 LSG의 운동학적 및 운동역학적 요인을 비교 분석하기 위해 K대학교 운동 역학실에서 실험이 실시되었다. 실제의 허들링 상황을 가장 근접하게 구현하기 위하여 실제 경기장의 조건과 같은 총 20 m의 우레탄 트랙을 실험실에 설치하여 선수들이 스파이크화를 신고 달릴 수 있는 환경을 설정하였다. 또한 선수들의 첫 번째 점프가 이루어지는 곳에 허들(Star, zm551)을 설치하여 실험 환경을 만든 다음 실시하였다.
- 실험 전 선수들의 기량이 최대한 발휘 될 수 있도록 충분히 워밍업 후 실시하였다. 허들 스타트 시 선수가 집중할 수 있도록 주위의 소음을 차단하였으며, 출발 시 “제자리에, 차렷” 후 스타트 건(gun)을 이용하여 출발 신호와 동시에 촬영을 시작하였다.
- 허들 스타트 시 선수가 집중할 수 있도록 주위의 소음을 차단하였으며, 출발 시 “제자리에, 차렷” 후 스타트 건(gun)을 이용하여 출발 신호와 동시에 촬영을 시작하였다. 이 때, 촬영의 일관성을 위하여 스타트 건(gun)을 사용하는 실험자 1인이 대상자 10명에게 같은 신호를 똑같이 보내도록 하였으며, 신호와 동시에 촬영버튼을 누르게끔 지시하였다. 실시 횟수는 각 대상자별 5회로 하였다.
- 본 연구는 남자 110 m 허들경기의 제 1허들의 허들링 기술에 대한 중요성을 인지하고 최근 1년간 국내 허들경기 입상경력이 있는 14초 대의 우수선수 5명(SG)과 입상경력이 없으며 출전 경험이 적은 15초대 비우수 선수 5명 (LSG)을 대상으로 출발로부터 제 1 허들링이 완료되는 순간까지를 운동역학적으로 분석하였다. 이러한 목적을 수행하기 위하여 선수들의 허들링시 시간요인, 거리요인, 각도요인, 각속도 요인, 그리고 지면반력 요인을 분석하였다.
- 본 연구는 국가대표 상비군 이상의 경험이 있는 허들 선수 중 최근 1년간 허들경기 입상 성적이 있는 14초대의 우수선수 5명(SG)과 입상성적이 없으며 경기 출전경험이 적은 15초대의 비 우수선수 5명(LSG)을 대상으로 제 1허들에 대한 운동역학적 (biomechanical) 요인을 비교 분석하였다. 이를 위해 시간요인, 거리요인, 각도요인, 각속도요인, 지면반력을 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
- 또한 산출된 데이터를 각 피험자에 대하여 표준화하기 위해 각 대상자 별 소요된 구간별 프레임 수를 구간별 소요시간으로 나눠 백분율로 나타내었다. 지면반력 자료는 체중을 통해 야기될 수 있는 대상자의 차이를 배제하기 위하여 모든 변인을 각 대상자의 신체 질량으로 표준화 하였다.
- 카메라는 정면에 2대, 전·측면에 4대, 후·측면에 4대, 후면에 2대를 배치하여 관절 및 분절의 명확한 3차원 데이터를 획득할 수 있게 하였으며, 지면반력기는 사전에 조사한 선수의 첫 허들을 넘을 때 디디는 부분에 설치하였다(Figure 1).
- 허들 스타트 시 선수가 집중할 수 있도록 주위의 소음을 차단하였으며, 출발 시 “제자리에, 차렷” 후 스타트 건(gun)을 이용하여 출발 신호와 동시에 촬영을 시작하였다.
- 총 14개의 분절(머리, 몸통, 좌·우 팔, 전완, 상완, 발, 하퇴, 대퇴)을 가진 강체모델(rigid-liked human body model)이 본 연구의 목적을 수행하기 위하여 사용되었다. 허들링 동작중 연구대상자의 각 관절 중심과 인체분절의 위치정보를 확보하기 위하여 총 77개(상지 : 38, 하지 : 39)의 반사마커를 인체에 부착하였으며 신체 해부학적 상태를 고려한 자료를 획득하기 위하여 실험전 스탠딩 캘리브레이션(standing calibration)을 실시하였다(Figure 2).
대상 데이터
- 본 연구를 위해 실험에 참여한 대상자는 국가대표상비군 이상의 경험이 있는 허들선수 중 2009, 2010년 전국대회에서 입상성적이 있는 SG 5명(체중 평균: 75.2 ± 3.1 kg, 신장 평균: 1.82 ± 0.02 m, 나이 평균: 23.8 ± 1.9 yrs)과 입상 성적 이 없는 LSG 5명(체중 평균: 73.2 ± 8 kg, 신장 평균: 1.79 ± 0.04 m, 나이 평균: 25 ± 2.9 yrs)으로 선정하였으며, 실험전 본 실험에 대한 설명을 충실히 수행한 후 실험동의서를 획득하였다.
- 총 12대의 적외선 카메라(Oqus 500, Qualisys)와 1대의 지면 반력기(Kistler, Type9286A)가 본 연구의 목적을 달성하기위하여 사용되었으며 각각의 자료획득률(sampling frequency)는 200 Hz와 1000 Hz로 설정하였다. 카메라는 정면에 2대, 전·측면에 4대, 후·측면에 4대, 후면에 2대를 배치하여 관절 및 분절의 명확한 3차원 데이터를 획득할 수 있게 하였으며, 지면반력기는 사전에 조사한 선수의 첫 허들을 넘을 때 디디는 부분에 설치하였다(Figure 1).
데이터처리
- 또한 산출된 데이터를 각 피험자에 대하여 표준화하기 위해 각 대상자 별 소요된 구간별 프레임 수를 구간별 소요시간으로 나눠 백분율로 나타내었다. 지면반력 자료는 체중을 통해 야기될 수 있는 대상자의 차이를 배제하기 위하여 모든 변인을 각 대상자의 신체 질량으로 표준화 하였다.
- 본 연구에서 집단간의 유의한 차이를 알아보기 위하여 독립 t-test가 수행되었으며 유의수준은 p<.05로 설정하였다.
이론/모형
- 정량적 분석(quantitative analysis)을 위하여 모든 카메라는 실험전 NLT(Nonlinear Transformation)방법을 사용하여 켈리브레이션 되었다. QTM(Qualisys Tracking Manager)를 통하여 12대의 카메라로부터 획득한 반사마커들의 3차원 위치좌표는 4차 Butterworth 저역필터를 사용하여 random error를 최소화 하였으며 이때 차단 주파수(cut-off frequency)는 9 Hz로 설정하였다.
성능/효과
- 110 m 허들경기의 제 1허들에 대한 운동역학적 기술차이를 분석한 결과를 종합해 보면, 제 1허들을 넘기 위한도약구간부터 착지 순간까지 전반적으로 우수 선수가 비 우수선수에 비해 동작의 변화를 최소화 한다는 것을 관찰할 수 있었으며, 특히 허들을 넘기 위한 수평속도에 영향을 미치는 지면반력에서 우수선수가 추진력을 감소시키지 않으며 넘는 것으로 나타났다. 따라서 제 1허들의 성공적인 수행을 위해서는 무엇보다도 허들 도입구간에서 추진력을 발생시키는 발구름과 동시에 최소의 동작 변화를 실시하는 훈련이 필요할 것으로 판단된다.
- 그러나 이러한 움직임을 종합한 전체 허들링 시간에서는 각각 평균 0.39 ± 0.03 s, 0.43 ± 0.03 s을 나타내면서 빠른 이동 속도를 보이며 통계적으로 유의한 차이(p < 0.5)가 나타났다.
- 두 번째, 제 1허들을 넘는 과정에서 나타나는 보폭과 신체중심의 위치의 경우 보폭에서 SG가 약 10 cm 짧게, 신체중심의 최대 높이에서 SG가 LSG보다 약 5 cm가량 높게 나타나면서 소요시간이 빨랐다는 것은, 동작의 변화가 SG가 매우 빠르다는 것을 나타내고 있다. 그러나 허들을 넘기 위한 최적의 신체중심의 최대 높이가 120 cm라는 (Park, 1996) 연구 결과와는 현저한 차이가 나타나면서 효과적인 허들링을 구사하기 위해선 좀 더 낮은 자세로 신체중심을 유지해야 한다는 것을 알 수 있었다.
- 첫째, 허들링 후 지면에 닿는 착지구간에서 상체 전경의 각도는 SG가 LSG에 비해 작게 유지하며 넘는 것으로 나타나며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 둘째, 상체 전경의 각속도에서 LSG가 SG에 비해 허들링구간인 공중에서 큰 각속도를 보이며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 셋째, 점프가 이루어지는 도약구간에서 LSG가 SG에 비해 최대 수직 지면반력이 큰 값을 나타내며 유의한 차이가 나타났다.
- 4 N/Bw 높은 수치를 기록하면서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 또한 통계적인 유의차이가 나타나지 않았으나, 지면 반력의 제동력을 나타내는 전-후 지면반력에서 SG가 약 0.5 N/Bw의 힘으로 제동이 발생하는 것을 알 수 있다. 이를 통해 SG가 LSG에 비해 도약구간에서 수평속도를 잃지 않고 이동 한다는 것을 짐작할 수 있다.
- 본 연구결과 두 그룹 사이에 각 국면별에서는 소요시간의 차이가 나타나지 않았으나, 전체 허들링 시간에서는 통계적으로 유의하게 SG가 LSG에 비하여 빠른 결과를 나타내었다( p<.05).
- 본 연구결과 전후를 나타내는 최대 수평 반력에서 유의한 차이는 나타나지 않았으며(Table 3, Figure 6), 최대 수직 반력에서 우수 집단이 5.12±0.40 N/Bw, 비 우수 집단이 6.51±22 N/Bw로 비 우수 집단이 우수 집단에 비하여 수직반력이 큰 것으로 나타나면서 통계적으로 유의한 차이( p<.05)가 나타났다(Table 3, Figure 7).
- 본 연구에서 구해진 거리요인은 제 1 허들링시 보폭과 신체중심의 최대 높이였다. 연구결과 제 1허들에 대한 보폭은 우수 집단이 비 우수 집단에 비하여 짧은 보폭을 나타낸 반면, 신체 중심의 최대 높이는 우수 집단이 비 우수 집단에 비하여 신체중심을 높게 유지하는 것으로 나타났다(Table 1).
- 세 번째, 착지구간의 전경각도에서 SG와 LSG가 유의한 차이를 보이면서 SG가 상대적으로 작은 각도를 유지하며 허들링을 구사하는 것을 볼 수 있었다. 이 결과는 Lee(2008)의 연구에서 보고된 우수선수일수록 도약과 착지구간에서 낮은 자세로 유지하며 넘는 기술적 차이가 존재한다는 것을 뒷바침 해주고 있다.
- 둘째, 상체 전경의 각속도에서 LSG가 SG에 비해 허들링구간인 공중에서 큰 각속도를 보이며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 셋째, 점프가 이루어지는 도약구간에서 LSG가 SG에 비해 최대 수직 지면반력이 큰 값을 나타내며 유의한 차이가 나타났다.
- 본 연구에서 구해진 거리요인은 제 1 허들링시 보폭과 신체중심의 최대 높이였다. 연구결과 제 1허들에 대한 보폭은 우수 집단이 비 우수 집단에 비하여 짧은 보폭을 나타낸 반면, 신체 중심의 최대 높이는 우수 집단이 비 우수 집단에 비하여 신체중심을 높게 유지하는 것으로 나타났다(Table 1). 그러나 두가지 거리요인 모두 통계적으로 유의한 차이는 없었다.
- 본 연구는 제 1허들을 기술력 차이를 규명하기 위한 방법으로 운동학적 분석과 함께 직접적으로 신체중심의 제동력과 추진력에 영향을 주는 3차원 지면반력을 분석하여 비교하였다. 이 결과에 따르면 LSG의 경우 신체중심의 높이에 직접적으로 영향을 미치는 최대 수직반력에서 SG보다 약 1.4 N/Bw 높은 수치를 기록하면서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 또한 통계적인 유의차이가 나타나지 않았으나, 지면 반력의 제동력을 나타내는 전-후 지면반력에서 SG가 약 0.
- 첫째, 허들링 후 지면에 닿는 착지구간에서 상체 전경의 각도는 SG가 LSG에 비해 작게 유지하며 넘는 것으로 나타나며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 둘째, 상체 전경의 각속도에서 LSG가 SG에 비해 허들링구간인 공중에서 큰 각속도를 보이며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다.
- 이 결과는 Lee(2008)의 연구에서 보고된 우수선수일수록 도약과 착지구간에서 낮은 자세로 유지하며 넘는 기술적 차이가 존재한다는 것을 뒷바침 해주고 있다. 한편, 허들링구간인 공중에서는 LSG가 SG에 비해 상체 전경각도의 각속도가 높게 나타나면서 유의한 차이를 보였다. 이것은 LSG가 상하의 움직임에 큰 변화를 시도하는 것으로 보여지며, 이는 Goss(1991)가 주장한 신체중심의 상하 이동을 최소화해야 한다는 연구결과에 비효과적 동작을 취하고 있다는 것을 나타낸다.
후속연구
- 110 m 허들경기의 제 1허들에 대한 운동역학적 기술차이를 분석한 결과를 종합해 보면, 제 1허들을 넘기 위한도약구간부터 착지 순간까지 전반적으로 우수 선수가 비 우수선수에 비해 동작의 변화를 최소화 한다는 것을 관찰할 수 있었으며, 특히 허들을 넘기 위한 수평속도에 영향을 미치는 지면반력에서 우수선수가 추진력을 감소시키지 않으며 넘는 것으로 나타났다. 따라서 제 1허들의 성공적인 수행을 위해서는 무엇보다도 허들 도입구간에서 추진력을 발생시키는 발구름과 동시에 최소의 동작 변화를 실시하는 훈련이 필요할 것으로 판단된다.
- 향후 이와 관련된 연구와 함께 제 2, 제 3허들에 대한 운동역학적 연구가 병행이 된다면 단거리경기에서 중요시되는 초기 운동에너지에 영향을 미치는 요인을 분석할 수 있을 것이다. 또한 근 활동량 연구 및 110 m 허들경기의 기록에 영향을 미치는 다양한 접근의 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 이것은 LSG가 상하의 움직임에 큰 변화를 시도하는 것으로 보여지며, 이는 Goss(1991)가 주장한 신체중심의 상하 이동을 최소화해야 한다는 연구결과에 비효과적 동작을 취하고 있다는 것을 나타낸다. 이 결과에 따르면 효과적인 허들링을 구사하기 위해선 전경각의 크기보다 신체중심에 대해 최소한의 변화를 주는 전경각 속도의 변화훈련을 적극 도입해야 할 것으로 추측된다.
- 또한 각 국면별 그룹간의 통계적인 시간 차이는 보이지 않으나, 전체 허들링 시간의 통계적인 차이를 보인 결과는 본 연구의 실험대상자의 수에 기인한다고 보인다. 즉, 본 연구의 결과에서는 제시되지 않았으나 통계적인 검증값인 t 값은 구간별로 -1.119~-1.912의 범위에 있었고 p 값도 .6~.8 사이의 결과를 나타내고 있어 보다 많은 연구대상자를 확보하였다면 구간별로 통계적인 차이를 발견할 수 있었을 것으로 생각된다. 또한 [Figure 4]에서 제시된바와 같이 SG는 허들링 기술의 시작(P1)보다는 마무리단계(P3)에서 LSG와 더 큰 시간 차이를 보였다.
- 향후 이와 관련된 연구와 함께 제 2, 제 3허들에 대한 운동역학적 연구가 병행이 된다면 단거리경기에서 중요시되는 초기 운동에너지에 영향을 미치는 요인을 분석할 수 있을 것이다. 또한 근 활동량 연구 및 110 m 허들경기의 기록에 영향을 미치는 다양한 접근의 연구가 이루어져야 할 것이다.
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