기초 생체 역학(biomechanics) -kinetic 과 관련된 기본 용어

기초 생체 역학

 

Kinetics (동역학)-

힘과 신체의 관계, 그리고 신체 조직들이 다른 형태의 힘에 어떻게 반응 하는지에 알아보고 연구하는 학문이다.

 

Kinetic과관련된 기본적인 개념들에 대해 알아보면,

Mass -질량

물질이 가지고 있는 고유한 양을 뜻하고, 약어로는 소문자 m으로 나타내고,단위는 kg으로 나타낸다.

 

Force- 힘

기본적으로 밀거나 당길 때 크기의 규모, 방향이라고 말할 수 있다. 중력도 포함한다

 

F=ma 기본적인 공식이며, 즉 힘은 질량 곱하기 가속도의 결과를 나타내는 값이라고 한다.

단위는 Newton ( N)을 쓴다.

 

자유 물체도-Free body diagram

 

자유 물체도 는 물체에 작용하는 모든 힘을 표시한 것인데, 공기 저항, 중력, 물체의 질량 물체에 가해지는 힘 등이 있다. 

테니스 공을 예로 들면 테니스 라켓에 의해 가해지는 힘이 있고 거기에 반대로 작용하는 힘 (공기 저항) 이 있고 볼의 무게, 이 모든 힘이 함께 작용해서 최종적으로 물체에 가해지는 총 힘을 알아낼 수 있다.

 

 

 

토크 (torque) T

사전적 의미로는 주어진 회전축을 중심으로 회전시키는 능력, 다시 말해서 힘의 작용점까지의 거리와 회전축과 작용점을 있는 직선에 수직인 힘의 성분과의 곱을 이룬다고 나와 있다.

신체에서 관절을 생각해보면, 팔꿈치를 굽힐 때 굴곡 근이 요골의 잡아당기면서  회전력을 만들어내는 것을 알 수 있다.

 

토크를 구하는 방법은 힘 X 회전축으로부터의  수직 거리로 구해낼 수 있다.

 

T = F x dꞱ(회전축으로부터의 수직거리)

 

중력 중심(center of gravity)

사진 출처  : quora

물체 무게가 모든 방향에서 균형을 이루는 것을 가리키는 것이고, 무게의 vector 가 행동하는 것을 가리킨다.

또한 질량중심과 같다고 말 할 수 있다.

 

그리고 시소 위에 양쪽의 물체의 무게가 균형을 이룰 때, 다시 말해 물체에 다른 값의 힘이 가해져도 똑같은 평행선 위에 위치할 때, 중심(center of gravity)으로부터의 거리가 다르더라도 torque는 같은 값을 나타나게 된다.

 

무게 ( weight)

사전적 의미로는 지구가 지구상의 물체를 끌어당기는 힘의 크기이다.  무거운 물체를 가벼운 물체보다 더 세게 작용하고 질량과 혼동하기 쉬운개념이지만  질량은 일반적으로 어느 곳에서나 동일한 양의 크기를 나타내고, 반면에 무게는 측정 장소의 영향을 받는 것을 의미한다. 즉 중력이 미치는 크기에 따라 무게는 달라 질 수 있는 것이다.

 

Wt. = mag (물체의 질량에 중력 가속도를 곱한 값 9.8 m/s2)

 

압력 (pressure)

압력은 어떤 물체가 다른 물체에 힘을 가할 때 생기는 힘을 말하고 단위 면적당 가해지는 힘을 말한다.

일반적으로 액체 ( 혈압이나 수압) 를 묘사한다. 단위는 N/m2을 사용한다.

 

Stress

신체의 운동학과 관련되어 압력을 스트레스로 표현하는데,  관절이나, 뼈에 가해지는 압력을 스트레스로 표현하고 있다.

è 신체를 다룰 때 쓰는 스트레스나 압력은 똑 같은 힘이 가해지더라도, 받는 표면적의 크기가 다르면

stress 나 pressure 가 달라지는 것이다.

 

부피 = volume

몸에서 발생하는 공간을 의미 하고 , 3가지 치수 가지는데 넓이-width, 길이- height, 깊이-depth 가 있다.

단위는 m3 그리고 cm3 가 있다.

 

밀도 = Density

단위 부피의 크기를 의미하고 단위는 kg/m3로 나타낸다.신체의 예로는 뼈의 밀도를 말할 수 있다.

 

압축 = compression

사진 출처: teksan

압박하는 힘이 한 축의 방향으로 이루어지는 것이라고 말할 수 있다. 신체의 예를 들면,  서 있거나 앉아 있을 때, 척추(vertebrae)에 가해지는 힘을 말할 수 있다.

 

긴장 = tension

사진 출처 : vedantu

당기거나 늘어나는 힘이 동일한 축의 방향으로 발생하는 것을 말한다. 신체에서는 항상 tension 이 일어나고 뼈에서

근육이나 힘줄을 당기면서 수축하는 힘이 일어난다.

 

Shear force = 엇갈린 힘/ 기울기가 있는 힘

힘이 표면과 평행상태에서 다른 뱡향 으로 작용하는 힘             

 

Bending  -구부리는 힘,

Compression과 tension 이 동시에 작용하는 힘을 나타낸다.

Greenstick fracture (약목 골절)

뼈가 한쪽은 부러지고 한쪽은 휘어지는 골절로 아이들의 뼈가 약하기 때문에 많이 나타난다.

 

Torsion – 비트는 힘

신체의 세로축을 중심으로 서로 비틀어지는 힘을 말한다.

 

Deformation- 변형

Yield ponint(탄성 한계를 넘어 되돌아가지 못하는점)를 모양의 변화를 일으키는 힘