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달리기와 질주의 생역학(4):에너지 보존 |
에너지 보존
걷기는 일반적으로 한 장소에서 다른 장소로 이동시키는 효율적인 방법이다. 우리 모두는 가장 에너지 소비가 낮은 상태에서 걷는 속도가 몸에 밴 각자의 보폭과 율동에 자연적으로 적응하고 있다. 정상보다 더 빠르게 걷는 것은 에너지 효율을 떨어뜨린다. 속도가 증가하면서 달리기가 걷기보다 더 에너지 효율적이 되는 어떤 점에 도달하게 된다. 근육들이 에너지를 흡수할 뿐만 아니라 생산한다고 설명하고 있다. 걷거나 달리거나 질주하는 동안 근육들이 효과적으로 사용할 수 있도록 여러가지 에너지 공급 기전들이 사용된다. 이런 기전들에는다음과 같은 여러가지 기전들이 포함된다.
1.인대, 건 및 다른 탄성조직들의 스트레치에 의한 탄성 위치에너지의 저장과 이후 회복
2.대퇴직근과 슬굴곡근과 같은 2관절에 걸친 근육들에 의한 신체의 한 부위에서 다른 부위로의 에너지 전달
3.전방 전진에 기여하지 않는 가속 작용들의 감소
4.운동에너지와 중력성 위치에너지 사이의 효과적인 상호교환
아킬레스 건의 작용은 탄성 위치에너지의 저장과 이후 회복에 대한 에너지 효율성을 향상시키는 첫 기전의 좋은 예이다. 달리기나 질주하는 동안 아킬레스건은 15mm까지 스트레치된다. 그러나 건을 스트레칭하는데 필요한 에너지의 90% 이상이 발이 지면을 떠나는 도약시에 회복된다. 발의 족궁도 역시 탄성 위치에너지를 저장한다. 발이 체중부하를 받으면 아치가 편평해지고 근육, 인대, 건들이 스트레치 된다. 아치가 편평해지면서 흡수된 에너지의 약 80%가 발이 체중부하가 되지 않을 때 다시 회복된다.
2관절 근육들에 의한 신체 한 부위에서 다른 부위로의 에너지 전달의 두 번째 기전도 역시 에너지 효울성에 기여한다. 예를 들면, 비행기 말에 슬굴곡근이 수축되는 동안 고관절과 무릎이 신전된다. 고관절이 펴지는 동안 고관절에서 슬굴곡근에 의해 신전 모멘트가 발생한다. 동시에 무릎이 펴지면서 슬굴곡근이 굴곡모멘트를 발생시킨다. 무릎에서 발생하는 모멘트는 무플 모멘트와 반대이다. 사실상 슬굴곡근은 무릎에서는 에너지를 흡수하고 고관절에서는 에너지를 생산한다. 그러나 슬굴곡근의 전반적인 길이 변화는 미미하기 때문에 전체적으로는 에너지를 흡수하는 근육도 아니고 생산하는 근육도 아니다. 이 예에서 볼 때 슬굴곡근은 경골을 움직이는 것에서부터 고관절 신전을 도와주기 위해서 골반을 움지이는 것까지 에너지를 전달하는 에너지 띠로써의 기능으로 생각된다. 무릎이 펴지면서 경골에서 나온 에너지가 고관절 신전을 증가시키기 위해 골반으로 공급된다.
전방추진에 기여하지 않는 가속작용의 감소에 대한 가장 좋은 예는 골반의 상하 움직임이다. 골반의 움직임은 진행방향으로 무게 중심의 가속을 최대회시키고 다른 모든 방향의 가속은 최소화시키는데 도움이 된다. 걷기에서 골반은 초기 접지시에 최대 전방 회전의 위치에 있다. 지면반응력은 후방으로 향한다. 지면반응력의 후방요소는 수평이동(걷는 속도)에서 브레이크 역할을 한다. 수평이동 속도는 무게중심의 속도가 다시 증가하기 시작하는 접지말기에 지면반응력의 방향이 전방으로 바뀔 때까지 감소한다. 반대로 달리기나 질주하는 동안에는 주자들의 골반이 후방으로 회전되거나 진행방향과 멀어지면서 지면과 접지를 준비한다. 동시에 슬굴곡근이 동심성으로 수축하면서 고관절이 신전된다. 이것이 초기접지 직후에 뒤쪽 다리를 전방으로 밀어내고 지면반응력의 후방요소를 감소시키는데 도움이 되며, 그래서 수평 브레이크력을 최소화한다. 이런 방법으로 효율이 향상된다.
골반의 움직임은 진행선 이외의 다른 방향으로의 가속을 감소시키는데 도움이 된다. 골반이 선회축으로 작용한다. 이것이 수평면에서의 회전가속도를 균형되게 한다. 예를 들면 하지의 회전은 어깨외 팡에 의해 균형이 잡힌다. 어깨가 전방으로 회전하면 다리는 후방으로 회전하고 , 그 반대도 또한 같다. 비행하는 팔에 의해 발생하는 힘은 속도 증가에 직접적으로 기여를 하지는 않지만, 비행하는 다리의 회전에너지와 균형을 이루게 한다. 만약 이것이 이루어지지 않는다면 신체의 회전가속도가 상당해서 필요없이 에너지가 낭비될 것이다.
에너지를 저장하는 마지막 기전은 운동에너지와 중력위치에너지 사이의 효과적인 상호교환이다. 이 상관관계는 달리기와 질주에서는 걷기에서와 다르다. 그러나 각 경우에 에너지의 상호교환이 근육에 의해 공급되는 기계적 에너지의 효과적인 사용을 촉진한다. 특히나 달리기와 질주에서는 운동에너지와 위치에너지가 같은 시기에 있다. 즉 운동에너지가 높으면 위치에너지도 높고, 그 반대도 똑같다. 걷기에서는 서로 다른 시기에 엤다. 즉 운동에너지가 높으면 위치에너지는 낮은 상태에 있다. 이런 차이 때문에 위치에너지와 운동에너지의 합이 걷기의 한 보행주기에서보다 달리기와 걷기의 한 보행주기에서 더 많이 변화한다. 만약 달리기와 질주에서의 이런 큰 변동이 저장과 에너지 전달에 의해 조정되지 않았다면 비효율성이 상당히 커질 것이다. 예를 들어 중간 비행기에 위치에너지와 운동에너지가 최고조에달한다. 무게중심이 지면으로 떨어질 때 위치에너지가 소실된다. 발이 지면에 접촉하면 운동에너지가 소실된다. 소실된 위치에너지와 운동에너지의 대부분이 탄성 위치에너지로 변횐되어 근육, 인대, 건들에 저장된다. 생산기 동안에 무게중심이 상승하고, 위치에너지와 운동에너지가 증가된다. 이 움직임을 위한 에너지는 근육의 능동적인 수축과 인대와 건들에 저장된 탄성에너지 유리에서 공급된다. 그러므로 하지의 탄성조직에 저장된 에너지는 걷기에서 보다 달리기와 질주에서 더 중요한 역할을 한다.
주자들의 목표는 에너지 효율성을 유지하는 것이다. 이것은 이런 네 가지 기전에 의해 이루어지며, 이런 것들이 주자가 에너지를 저장하고 속도를 증가시키고 지구력을 최대화시키는 방법의 일부를 나타낸다.
항상 즐겁고 건강한 달리기 생활되시길 빕니다.
지구사랑 달리기 클럽/달리는 의사들 이동윤
(이 글들은 달리기 손상(Gyten, 1997)의 제 2장 달리기와 질주의 생역학을 번역한 것입니다. 그림과 그래프를 생략했기 때문에 조금 이해가 안되시는 부분도 있을 것입니다. 그러나 달리기와 관련된 부상을 방지하기 위해서는 보행에 관한 여러가지 요인들을 이해하는 것이 필수적이기 때문에 올렸습니다. 참고하시기 바랍니다.) |
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