스크랩 생체역학 :기출문제 분석 및 동형문제 안내(97년~2005년)

[조성미]

 

출처 : 다음카페 오정환 전공체육

기출(1997)

레슬링이나 유도 경기의 경쟁 상황에서 경기 수행 능력에 영향을 미치는 역학적 요인과 심리학적 요인에 대하여 기술하시오.(각각 100자 내외)       

① 신체의 안정에 영향을 미치는 요인

?중심을 낮추어야 신체적 안정을 높일 수 있다.

?기저면이 넓을수록 안정적이다.

?중심선이 기저면의 중앙에 가깝게 위치하도록 하여야 한다.

?물체의 질량이 높을수록 안정적이다.

?마찰력이 클수록 안정성이 높다.

② 경기 수행 능력에 영향을 미치는 심리적 요인

?개인의 심리적 요인 : 선수의 경기에 대한 동기, 불안, 각성 수준, 공격성, 정서적 안정 등

?환경적 요인 : 경기장, 기온, 상대 선수, 심판 등

? 분석 : 정적 안정의 원리와 개인의 심리적 요인

? 동형 문제 유형

1. 안정의 원리에 영향을 줄 수 있는 요인?

2. 동적 안정의 원리?

? 응용 문제 유형

1. 회전안정성을 결정하는 요소?

2. 자이로스코프 안정성?

3. 안정성과 토크?

기출(1998)

공기 저항을 고려하지 않을 때 투척 경기의 기록에 영향을 주는 역학적 요인을 제시하고, 또한 던지기 기록을 향상시키기 위한 방법이나 조건을 그 요인별로 설명하시오.    

① 역학적 요인 ： 투사 거리에 영향을 주는 역학적 요인은 투사 속도, 투사 각도, 투사 높이이다.

② 방법이나 조건

?투사 속도 : 던지기 경기에서 투사 속도는 팔의 각운동에 의해 좌우된다. 팔의 분절 운동에서 각속도가 최대에 이르렀을 때 회전 반경을 크게 함으로써 투사 속도를 증가시킬 수 있다.

?투사 각도 : 공기에 저항을 무시했을 때 이론적 각도는 45도에서 가장 멀리 나가게 된다. 던지기 경기에서 저항력을 고려했을 경우는 45도보다 약간 낮게 투사되어야 한다.

?투사 높이 : 투사점은 높이가 h만큼 높을 때 투사 거리는 h만큼 멀어지게 된다. 따라서 던지기 경기에서 공이 손에서 이탈되는 지점을 가장 높은 지점에서 하는 것이 유리하다.

? 분석 : 투사체 운동에 대한 운동학적 분석

? 동형 문제 유형

1. 멀리뛰기 발구름시 작용하는 역학적 요인과 기록을 향상시키기 위한 방법이나 조건?

2. 창던지기, 원반던지기에 작용하는 역학적 요인과 기록을 향상시키기 위한 방법이나 조건?

? 응용 문제 유형

1. 멀리뛰기 발구름시 작용하는 역학적 요인 중 투사속도와 관련된 운동역학적 분석?

2. 창던지기, 원반던지기의 투사속도와 관련된 각운동의 운동학적 분석과 운동역학적 분석?

기출(1999)

테니스를 처음 배우는 학생은 시행 착오를 반복하고 수정하면서 테니스 운동에 익숙하게 된다. 

1. 테니스를 포함하여 모든 운동 기능의 일반적인 학습과정을 단계별로 제시하고 설명하시오.

① 인지 단계 : 과제나 기능의 성질과 목적을 이해하고, 과제 수행 계획을 세워야 하며, 과제를 수행할 때의 움직임은 연속적이고 체계적으로 조직되어야 한다.

② 고정화 단계 : 과제를 이해한 뒤, 과제 수행 과정을 고정시키기 위해 연습이 필요한 단계로 연습을 할 때 적합한 피드백과 연습 방법, 연습 시간 배분 등이 중요한 요인이다.

③ 자동화 단계 : 어떤 과제나 기능의 수행이 고정되어 의식적인 노력 없이 과제를 수행할 수 있는 단계이다.

2. 학습 과정에서 테니스 공을 좀 더 강하게 쳐 보내고 싶어하는 학생들에게 어떠한 라켓을 어떻게 사용하도록 지도할 것인지 그 내용을 설명하시오.

① 라켓의 질량을 높이는 것이 충돌 후 속도가 빠르다.

② 스트로크를 할 때 팔의 각속도가 최대에 이르렀을 때 회전 반경을 크게 해 선속도를 증가시킴으로써 충돌 후 공의 속도를 증가시킬 수 있다.

③ 공을 라켓면의 정중앙에 맞추어야, 즉 가장 작은 각을 가질 때 충돌 후 속도가 크다.

④ 테니스 라켓 줄의 탄성을 높임으로써 충돌 후 속도를 증가시킬 수 있다.

? 분석 : 도구에 의한 공에 타격에 영향을 미치는 6가지 역학적 요인

? 동형 문제 유형

1. 야구의 타격시 공의 충돌 후 속도를 결정하는 5가지 역학적 요인?

2. 도구의 질량과 속도 변화요인의 문제?

? 응용 문제 유형

1. 골프 크럽의 선속도, 운동량 또는 각운동량 증가 요인?

2. 공과 도구의 충돌시 충격량?

기출(1999)

육상 경기 중 200m 달리기 경기는 곡선 주로를 포함하게 된다. 이 곡선 주로를 달릴 때 선수는 원심력을 갖게 된다. 따라서 선수가 곡선 주로에서 주로를 이탈하지 않으려면 원심력과 동일한 구심력을 생성해야 한다.    

1. 원심력을 결정하는 3가지 역학적 요인을 열거하시오.

① 질량                 ② 반경           ③ 속도

2. 원심력을 산출하는 공식을 제시하시오.

① 원심력 산출 공식 : F = mv²/r

   (단, F：원심력, m：질량, v：속도, r：반경)

? 분석 : 구심력과 원심력

? 동형 문제 유형

1. 헤머던지기 동작 중 구심력을 증가시킬 수 있는 방안?

2. 원심력과 구심력이 작용하는 상황에서 질량, 반경, 속도가 2배 증가했을 때의 변화?

? 응용 문제 유형

1. 회전운동시 작용하는 3가지 힘?

2. 헤머던지기에 작용하는 관성, 가속도, 작용반작용의 법칙?

3. 헤머던지기 동작 중 상체를 뒤로 젖히는 동작과 손이 헤머보다 앞에 위치하는 경우?

기출(2000)

축구 경기에서 공격 선수가 코너킥을 실시하고 있다. 공격 방향으로 오른쪽 코너에서 오른발을 사용하여 킥한 공이 곡선 궤도를 그리며 골인하였다.    

1. 축구공을 킥하는 동작에 대하여 지레의 원리로 설명하시오.

① 고관절을 축으로 각운동을 하는 3종지레의 형태를 취한다.

② 굴곡에 참여하는 근육(요근, 정골근, 대퇴직근)이 동기력으로 하지의 무게가 저항력으로 작용한다. 따라서 운동 범위와 속도에 이득을 갖고 힘에 손해를 보는 형태를 취한다.

2. 축구공이 곡선 궤도를 그리며 날아가는 과정을 유체 역학적 원리로 설명하고, 비행 궤도에 영향을 미치는 요인을 제시하시오.

① 공이 골대로 골인을 했으므로 마그누스 힘은 골대 반대 방향에서 골대 방향으로 주어진 경우가 된다. 선수가 오른발로 공에 스핀을 준 경우 공은 회전을 하며 포물선 운동을 하게 되고, 이때 공기와의 마찰에 의해 마그누스 힘이 생긴다.  골대 반대 방향의 경우 항력의 진행 방향과 공의 회전 방향이 서로 반대이기 때문에 유속이 느려지고 유압은 증가한다. 골대 방향의 경우는 항력의 진행 방향과 공의 회전 방향이 일치하므로 유속이 빨라지고 유압은 증가한다. 압력의 차이에 따라 마그누스 힘은 골대 반대 방향에서 골대 방향으로 주어져 공이 골대쪽으로 빨려 들어가게 된다.

② 항력에 영향을 미치는 요인 : 상대 속도, 횡단 면적, 표면 구조, 유압

? 분석 : 인체의 기계작용 중 지레와 유체역학의 양력(마그누스 힘)과 항력의 문제

? 동형 문제 유형

1. 던지기 동작, 도구에 의한 타격 동작과 관련된 지레의 원리?

2. 탑스핀이나 백스핀, 오른쪽으로 스핀이 가해진 경우나 왼쪽으로 스핀이 가해진 경우의 스핀이 가해진 지점과 반대 지점에 대한 베르누이 정의의 적용?

3. 항력의 크기와 관련된 요인?

? 응용 문제 유형

1. 지레와 토크 그리고 회전운동?

2. 지레와 인체기계의 효율?

3. 바퀴와 축에 적용되는 지레?

4. 표면, 형태 항력을 줄일 수 있는 방안?

5. 형태항력이 커지는 경우?

6. 털이 있거나 실밥이 있거나 홈이 있는 경우 더 멀리, 더 빨리, 더 정확히 비행궤적을 유지할 수 있는 이유?

7. 유체역학과 양력(양력의 방향에 따른 운동 상황에서의 득과 실)?

기출(2001)

체육 교사가 효율적인 운동 수행을 지도하기 위해서는 여러 가지 운동에 대한 역학적인 이해가 필요하다. 이와 관련하여 다음 물음에 답하시오.

1. 야구 경기에서 투수가 던진 공을 타자가 칠 때, 공의 속도를 결정하는 역학적 요인을 다섯 가지로 열거하시오.(단, 탄성 계수는 일정하다고 가정함).

① 배트의 질량, ② 공의 질량, ③ 배트의 충돌 전 속도, ④ 공의 충돌 전 속도, ⑤ 충돌 각도

2. 운동 수행과 충격과는 매우 밀접한 관계가 있다. 뜀틀을 넘은 후의 착지나 야구공 받기처럼 선수의 부상 방지와 동작의 효율성을 위하여 충격력을 적게 해야 하는 경우와, 배구의 스파이크처럼 충격력을 크게 해야 하는 경우가 있다. 스포츠 활동 과정에서 충격력을 줄이기 위한 역학적 원리를 두 가지만 제시하시오.

① 작용력의 방향과 동일한 방향으로 접촉 시간을 길게 함으로써 충격력을 감소시킬 수 있다.

② 충격력을 분산함으로써 충격력을 감소시킬 수 있다.

? 분석 : 1)항은 99년 기출문제와 동형문제, 2)항은 충격력 감소 요인

? 동형 문제 유형

1. 99년 기출문제 참고

2. 야구의 1루수나 포수 글러브, 착지시 신체의 분절 운동?

? 응용 문제 유형

1. 태권도 격파시 충격량, 창던지기에서 충격량, 높이뛰기에서의 충격량?

2. 번치와 일롱게이트 스타트와 충격량?

3. 100M 출발시, 전력질주시, 결승선 통과 후의 수평속도에 영향을 주는 충격량?

기출(2002)

체육 수업 내용에는 유도나 레슬링처럼 안정성을 높여야 유리한 운동도 있지만 100m달리기의 출발 자세와 같이 불안정한 상태가 유리한 운동도 있다. 운동시 불안정성을 극대화하는 방법을 간략하게 설명하시오. 

① 무게(체중) : 체중이 낮을수록 불안정성을 극대화 할 수 있다.

② 기저면 크기 : 기저면은 좁아야 한다.

③ 무게 중심의 높이 : 무게 중심은 높아야 한다.

④ 기저면과 무게 중심선의 관계 : 이동하려는 방향의 기저면 끝에 중심선이 위치하는 자세여야 한다.

? 분석 : 97년 문제와 동형문제

기출(2002)

테니스 서브나 스매싱에서 공의 속도를 빠르게 하기 위해서는 팔을 어떻게 하여 스윙하는 것이 유리한지 속도, 회전 반경, 각속도의 관계를 이용하여 설명하시오.(단, 신체 분절이나 테니스 라켓의 각속도와 길이는 일정하다고 가정).       

① 선속도＝각속도×회전 반경(각속도가 일정할 때 선속도는 회전 반경 길이에 비례한다.)

② 신체 분절이나 라켓의 각속도와 길이가 일정할 때 선속도의 증가는 신체 분절에 의해 이루어진다. 신체 분절의 길이는 일정하나 팔을 펴는 것과 구부리는 것은 회전 반경에 많은 영향을 준다. 회전 반경을 길게 해 선속도를 증가시키기 위해서는 최대한 팔을 곧게 편 자세를 유지해야 한다.

? 분석 : 99, 2001 관련문제로 각운동에 대한 운동학적 분석에 관한 문제

? 동형 문제 유형

1. 배구 스파이크시 선속도를 증가시킬 수 있는 요인?

2. 테니스나 야구 등 도구에 의한 공의 타격에서 도구의 선속도를 증가시킬 수 있는 운동학적 요인?

? 응용 문제 유형

1. 골프 스윙시에 공의 속도를 증가시킬 수 있는 속도, 반경, 각속도의 관계와 각운동에 대한 운동역학적 요인?

2. 배구, 테니스, 야구 등에서 각운동량, 관성모멘트, 각속도의 관계?

기출(2003)

인체 지레와 관련된 다음 질문에 답하시오.   

1. 지레의 3요소인 힘, 지렛대, 축에 대응하는 인체 지레의 각 요소를 쓰시오.(1점)

① 힘 : 근육

② 지렛대 : 뼈

③ 축 : 관절

2. 지레의 종류별로 힘점, 저항점(작용점), 축의 상대적 위치를 설명하시오.

① 제1종 지레 : 힘점과 저항점 사이에 축 위치

② 제2종 지레 : 힘점과 축사이에 저항점 위치

③ 제3종 지레 : 저항점과 축사이에 힘점 위치

3. 운동을 할 때 가장 많이 나타나는 인체 지레의 종류를 쓰시오.

3종 지레

? 분석 : 지레의 3요소와 인체지레의 문제 3)항은 2000년 동형문제, 2000년 응용문제 참고

기출(2003)

스포츠 상황에서 나타나는 물체의 관성에 대한 다음 질문에 답하시오. 

1. 선운동과 각운동에서 관성의 크기를 결정하는 요인을 각각 제시하시오.

① 선운동 : 질량(관성 질량)

② 각운동 : 관성 모멘트

2. 관성의 크기에 관계없이 정지하고 있는 물체를 운동하게 하거나, 운동하고 있는 물체를 더 큰 속도로 움직이게 하기 위해서는 물체에 외력(external force)이 가해져야 한다. 물체에 외력이 가해지면 가속도가 발생하는데, 이 때 발생하는 가속도와 힘의 관계를 설명하시오.

가속도는 힘에 비례한다. (질량에 반비례 한다)

3. 뉴튼의 선운동 법칙 중에서 12-2번에 적용되는 법칙의 명칭을 쓰시오.

가속도의 법칙

? 분석 : 뉴턴의 운동법칙에 관항 문항으로 1)항은 선운동과 각운동의 통합과 관련된 개념

? 동형 문제 유형

1. 선운동량과 각운동량의 크기를 결정하는 요인?

2. 운동상황에 따른 관성, 가속도, 작용 반작용의 법칙?

? 응용 문제 유형

1. 충돌시 적용되는 운동량 보존의 법칙?

2. 질량을 가지고 있는 팔, 다리, 도구의 운동량의 문제?

3. 운동량을 가지고 있는 물체간 충격량?

기출(2004)

피겨 스케이팅 선수가 빙판 위에 서서 회전하고 있다. 이 선수는 ① 회전을 빠르게 하고자 할 때, 또는 ② 회전을 느리게 하고자 할 때, 주로 팔과 다리를 이용하여 동작을 조절한다. ①, ②를 위한 팔과 다리 동작의 변화와 회전 운동의 원리를 쓰시오.                         

	팔과 다리의 동작	회전 운동의 원리
①	수직축을 중심으로 가깝게 분포	관성 모멘트가 작아져 각속도 증가
②	수직축을 중심으로 멀게 분포	관성 모멘트가 커져 각속도 감소

? 분석 : 각운동량이 보존되는 상황에서의 관성모멘트의 조절에 따른 각속도의 변화

? 동형 문제 유형

1. 체조, 다이빙에서 회전동작과 몸을 편상태의 관성모멘트와 각속도?

2. 100M 달리기 하지의 관성모멘트의 변화?

? 응용 문제 유형

1. 도구의 각운동량을 증가시킬 수 있는 방안?

2. 이륙후 각운동량은 이륙시 각충격량에 따라 결정된다. 증가요인?

3. 각운동량이 보존되는 상황에서 각반작용에 의한 각속도의 변화?

기출(2005)

멀리뛰기에서 신체가 도약하면 전신은 전 방향(시계방향)의 각운동량 값을 갖고 공중으로 올라가게 된다. 공중에 떠 있는 동안 전신의 균형을 유지하기 위하여 옆의 그림과 같이 팔과 다리를 시계 방향으로 교차시켜 회전한다고 했을 때, 그 이유를 ‘운동역학적(kinetic) 원리’를 이용하여 3줄 이내로 설명하시오.

위의 공중동작은 전방회전력을 줄여 최적의 착지 자세를 유지하기 위한 동작이다. 시계방향으로 투사된 선수는 유체 항력을 무시했을 때 중력의 영향만을 받게 되고, 이 선수가 갖고 있는 것은 각운동량 이다. 각운동량이 일정할 때 위의 동작은 관성모멘트를 크게해(각반작용의 법칙) 전방회전력(각속도)를 감소시켜 최적의 착지자세를 유지한다.       

? 분석 : 2004관련 문항으로 ‘운동역학적 원리’를 이용하라는 것은 힘에 대해 분석(반드시 관성모멘트의 개념이 서술되어야함)하라는 말이다. 각운동량이 보존되는 상황(이륙 후 신체의 각운동량은 팔의 각운동량과 다리의 각운동량의 생성에 따라 감소하지만 그 총량은 투사체 운동 중 항상 일정하다.)에서 각반작용의 법칙을 이용한 관성모멘트의 변화에 따른 각속도의 변화 문제

? 동형 문제 유형

1. 다이빙, 체조 등의 공중에서의 각운동량 변화?

? 응용 문제 유형

1. 2004 참고

기출(2005)

높이뛰기의 발구르기 상황에서, 후경 자세(신체를 뒤로 기울인 상태)로 진입한 후 똑바로 일으켜 세우는 동작과 팔을 흔드는 동작은 서로 다른 방법으로 충격량을 증가시킬 수 있다. ‘운동역학적(kinetic) 원리’를 이용하여 두 가지 동작에 의해 충격량이 증가되는 이유를 각각 2줄 이내로 기술하고, 충격량 관계식을 제시하시오.

?후경 자세에서 일으켜 세우는 동작에 의한 증가 이유

지면에 힘을 작용하는 시간을 더 길게 증가시킬 수 있으며, 그 결과 지면반력에 의한 충격량은 선수를 위로 밀어낸다.  

?팔 동작에 의한 증가 이유

팔의 스윙동작은 상방 가속도 요인으로 작용해 충격력(힘)을 증가시켜 충격량을 증가시킨다.  

?관계식： 충격량 = 충격력(힘) × 작용시간  

? 분석 : 충격량은 충격력 X 작용시간으로 높이뛰기에서 충격력을 증가시킬 수 있는 동작과 작용시간을 길게 할 수 있는 동작에 관한 문제

? 동형 문제 유형

1. 창던지기시 충격량을 증가시킬 수 있는 요인?

? 응용 문제 유형

1. 2001 응용문제 참고