[전공체육] 운동역학 (운동역학 기초, 베르누이, 마그누스)

운동역학의 기초 지식

(인체의 기준 자세)

▶ 인체 부위의 방향에 관련된 용어

내측	인체를 좌우로 2등분하는 정준선에 보다 가까운 쪽
외측	인체를 좌우로 2등분하는 정준선에 보다 먼 쪽
근위	몸통 부위에 보다 가까운 쪽
원위	몸통 부위에 보다 먼 쪽
기점	근 수축 시 움직이지 않고 있는 쪽의 끝 부위
착점	끌려오는 쪽의 끝 부위

 

▶ 인체의 관절운동

전후면-좌우축에서의 관절운동 (앞뒤운동 ex. 안녕하세요)

- 관절운동 : 굴곡, 신전, 배측굴곡, 족저굴곡

- 걷기, 달리기, 앞구르기, 윗몸일으키기, 핸드스프링 등의 운동은 하지의 고관절, 슬관절, 족관절을 중심으로 이들 관절과 인접한 분절들이 전후면 상에서 굴곡과 신전 동작을 연속적으로 수행한 결과라고 할 수 있다.

 

2. 좌우면-전후축에서의 관절운동 (좌우운동 ex. 옆구리운동, 옆 돌기)

- 관절운동 : 외전, 내전, 거양, 강하, 외측굴곡, 내측굴곡

- 옆으로 굽히기, 다리 옆으로 벌리기, 옆구리 운동, 사이드 스텝 등과 같이 인체의 주요 운동에 대한 보조 운동이나 변화를 요하는 운동에 주로 행해진다.

 

3. 수평면-수직축에서의 관절운동 (회전운동 ex. 원반 던지기)

- 관절운동 : 회전, 회내, 회외

- 몸통 회전, 목 회전, 머리 회전 등 장축 인체 분절 명칭을 따서 부르며 원반 던지기, 피겨 스케이팅 회전 등이 이에 해당한다.

 

4. 기타 관절 운동

- 대부분의 인체 분절은 관절을 축으로 하여 원뿔 형태의 운동을 행할 수 있는데 이와 같은 관절운동을 회선이라고 한다.

 

▶ 인체의 관절운동 용어

굴곡 신전 과신전	두 분절 사이의 각이 감소할 때의 굽힘 운동 두 분절 사이의 각이 증가하는 운동 과도하게 신전하는 동작
배측굴곡 족저굴곡	발등이 경골에 가까워지는 동작(비복근 신장) 발바닥 쪽 굴곡(비복근 단축)
회선	원뿔을 형성하는 관절운동
내번 외번	발의 종축을 축으로 하여 발바닥을 내측으로 드는 동작 반대 동작

 

▶ 굴근과 신근

굴근 : 관절이 굴곡시에 단축성 수축을 하는 근육군

신근 : 관절이 신전시에 단축성 수축을 하는 근육군

 

▶ 운동에 따른 관절 우동 형태 및 주동근의 근수축 형태 및 특징

운동 상황		관절 운동 형태	주동근	근수축형태	근수축특성	원인
팔굽혀펴기	상승 시	주관절 신전 견관절 굴곡	상완 삼두근 대흉근	등장성	단축성수축	내력>외력
	하강 시	주관절 굴곡 견관절 신전			신장성수축	내력<외력
턱걸이	상승 시	주관절 굴곡 견관절 신전	상완이두근 광배근	등장성	단축성수축	내력>외력
	하강 시	주관절 신전 견관절 굴곡			신장성수축	내력<외력
하프스쿼트	상승 시	고관절 신전 슬관절 신전	대둔근 대퇴사두근	등장성	단축성수축	내력>외력
	하강 시	고관절 굴곡 슬관절 굴곡			신장성수축	내력<외력
윗몸 일으키기	상승 시	척추 굴곡	복직근	등장성	단축성수축	내력>외력
	하강 시	척추 신전			신장성수축	내력<외력

 

 

(일과 에너지)

▶ 일의 정의

일의 크기는 물체의 변위와 그 방향으로 작용한 힘(반드시 같은 방향의 힘이어야 함)을 곱한 값

일(W) = 힘(F) x 변위(d)

단위 : J 또는 Nm

 

 

 

▶ 일의 형태와 근육의 활동

	양의 일	음의 일
설 명	힘과 변위가 같은 방향	힘과 변위가 다른 방향
벤치프레스 (주동근)	중량을 들어 올리는 동작 (대흉근과 상완 삼두근)	중량을 내리는 동작 (대흉근과 상완 삼두근)
주동근의 수축	단축성 수축	신장성 수축
근력 vs 저항력	근력 > 저항력	근력 < 저항력 = 더 강한근력 발생

 

▶ 일률(power)

- 단위시간 당 한 일의 양을 일률 또는 파워라고 하며 역학적 일의 강도를 나타내는 지표로 사용된다.

* 일률은 힘과 속도의 곱이기도 하다

단위 : 힘의 단위(kg‧중) x 속도의 단위(m/s) = N ‧ m/s

 

(인체 운동과 파워)

운동을 유발하는 근육의 파워는 근력과 수축 속도의 곱으로 결정되는데, 최대속도의 ⅓로 수축하면서 최대근력의 ⅓을 낼 때 근육의 파워는 최대가 된다.

 

▶ 역학적 에너지

운동에너지 = ½mv²

- 질량의 변화가 없다면 움직이는 물체에 생기는 운동에너지는 그 운동체의 속도의 제곱에 비례한다.

 

2. 위치에너지 = m‧g‧h

- 질량의 변화가 없다면 위치 에너지는 물체의 위치(높이)에 의해 결정된다.(중력 역시 일정)

* ½mv² = m‧g‧h 즉,

 

3. 탄성에너지 = ½k‧l² (k : 탄성계수 / l : 변형의 크기)

- 물체가 변형되어 본래의 형태로 되돌아가려는 성질을 변형에너지 또는 탄성에너지라 한다.

 

4. 역학적 에너지 보존의 법칙

- 위치에너지와 운동에너지를 합하여 역학적 에너지라 하는데 중력의 영향을 받으면서 운동하는 물체는 다른 외력이 작용하지 않는 한 에너지의 총합은 일정하고 다만 각 에너지의 크기만 바뀌게 된다.

▶ 운동량과 운동에너지의 관계

운동량 : mv

운동에너지 : ½mv²

- 운동량과 운동에너지는 스칼라 값이며, 운동량을 적분하면 운동에너지, 운동에너지를 미분하면 운동량이 된다. 즉, 각 순간순간 변화하는 운동량의 합은 운동에너지가 되는 것이다.

- 속도가 2배 증가했을 때 운동량은 2배가 증가하지만 운동에너지는 4배가 증가한다.(v²이기 떄문)

 

(인체 지레)

▶ 인체 지레의 요소

힘점(F) : 근육의 착점

축(A) : 해당 관절의 위치

저항점(R) : 이동 분절의 무게중심 및 그 분절에 가해진 외적 부하가 위치한 곳

 

▶ 지레의 법칙

1. 지레는 토크의 원리를 따라 작동한다.

2. 지레에 가해진 힘과 작용된 힘의 관계는 힘팔과 작용팔(저항팔)의 상대적인 길이에 의해 결정된다.

 

▶ 인체 지레의 원리와 특징

1. 1종 지레

- 힘점과 저항점 사이에 축이 있는 형태의 지레

2. 2종 지레

- 축과 힘점 사이에 저항점이 있는 형태의 지레

- 힘팔의 길이가 저항팔의 길이보다 항상 길다. 따라서 항상 힘에서는 이득을 보는 반면, 거리와 속도에서는 손해를 보게 된다.

3. 3종지레

- 축과 저항점 사이에 힘점이 있는 형태의 지레

- 힘팔의 길이가 저항팔의 길이보다 항상 짧다. 따라서 항상 힘에서는 손해를 보지만 거리와 속도에서는 이득을 얻게 된다.

 

▶ 분절 길이의 장 단점

- 분절이 더 길수록 근력은 더 요구된다.

- 보다 강한 근력은 긴 분절(팔)이 유리하지만 반대로 분절(팔)이 짧으면 긴 분절보다 힘의 손실은 상대적으로 더 적다.

- 팔이 길면 원반 던지기와 같은 투척 경기에서는 장점이 되지만, 체조의 십자버티기 기술에서는 단점이 된다. = 분절(팔)이 길기 때문에 저항(팔의 무게)과 저항팔(팔의 길이)의 길이가 길어저 결론적으로 저항토크가 커지기 때문

 

 

 

▶ 인체의 바퀴와 축

1. 1유형(2종 지레와 유사)

- 바퀴에 힘을 가해서 축보다 큰 힘을 얻고자 하는 유형 ex. 운전대, 문의 손잡이

2. 2유형(3종 지레와 유사)

- 축에 힘을 가해서 바퀴에서 빠른 회전력을 얻고자 하는 유형 ex. 자전거의 페달, 자동차의 바퀴

 

 

정역학적 운동

▶ 정적 안정성의 요소

중심의 높이 : 중심의 높이가 낮을수록 정적 안정성 증가

신체 균형과 기저면의 관계 : 기저면의 크기와 기저면의 모양

기저면과 중앙선(중심선의 위치) ; 중앙선이 기저면의 중심에 가까울수록 안정성 증가

인체의 질량 : 무거운 체중을 가질수록 정적 안정성 증가

 

▶ 동적 안정성

- 동적 안정성이란 움직이고 있는 상태에서의 균형 유지

- 동적 운동에서는 무게 중심성이 기저면 밖으로 이동되는 경우가 자주 주어지므로 균형을 유지한다는 것은 동작의 연속성을 의미하기도 한다.

즉, 중심선을 기저면 밖으로 이동하게 되면서 불안정한 자세로 넘어지려고 할 때, 순간적으로 새로운 기저를 찾아 안정을 취하면서 동작의 연속성 운동을 하게 된다.

 

▶ 회전 안정성

- 회전 안정성은 정지해 있는 선수나 물체를 기울이거나, 뒤집거나, 엎어지게 하거나, 또는 원 주위를 회전시킬 때, 이에 대항하는 선수나 물체의 저항을 뜻한다.

- 선수나 물체가 회전을 할 때, 각운동량이 크면 클수록 회전 안정성은 커진다.(각관성 증가)

 

▶ 외줄타기의 경우 장대와 안정성

정역학적 설명 : 장대와 사람의 무게를 합치면 무게가 커지며 무게 중심이 낮아지기 때문에 안정적이다.

운동역학적 설명 : 관성모멘트(질량x회전반경²)가 커져 회전에 대한 저항이 커진다.

뉴턴의 법칙 : 만약 시계방향으로 기울어질 때, 시계방향의 토크를 주면 반대 방향으로의 동일한 토크가 작용되어 균형을 되찾을 수 있다. = 각 작용 반작용의 법칙

 

▶ 부력

부력 = V(물체가 액체에 잠긴 부피) ‧ D(액체의 밀도) ‧ g(중력 가속도)

부력은 중력에 대항해 수직상방으로 작용하는 힘이다.

 

 

 

 

운동학적 분석

▶ 운동의 종류

선운동 : 물체의 모든 부분이 동일한 시간에 동일한 거리, 동일한 방향으로 움직이는 것을 의미(=병진운동)

(1) 직선 선운동 : 달리기, 스케이트 등 신체의 중심이 직선으로 움직이는 운동

(2) 곡선 선운동 : 수영의 다이빙, 멀리뛰기의 공중 동작 등 신체의 중심이 곡선으로 움직이는

각운동 : 일정한 축을 중심으로 물체의 모든 부분이 일정한 시간 동안 같은 각, 같은 방향으로 움직이는 것

(1) 내축에 대한 회전 : 던지기의 팔 동작, 축구의 킥 동작 등

(2) 회축에 대한 회전 : 뜀틀, 철봉 등

복합운동 : 변진운동과 회전운동이 함께 일어나는 것을 의미

- 걷기나 달리기를 할 때 다리는 회전운동을 하지만 몸 전체는 병진운동을 한다.

 

(선운동의 운동학적 분석)

▶ 운동의 관찰과 기준계

기준계 : 물체의 운동을 바라보는 기준 틀, 운동을 어디에서 관찰하는가?

상대속도 : 차이의 개념(-)으로 구한다.

 

▶ 속력과 속도의 개념

속력 : 방향성이 없고 단순히 크기(빠르기)를 의미

속도 : 크기(빠르기)와 방향을 모두 가지고 있음 (속도는 방향의 의미로 (+)와(-)를 구분한다.)

 

▶ 보폭과 보빈도

속도 = 보폭 x 보빈도

달리기 속도가 증가할 때, 저속에서의 속도 증가는 보폭의 증가에 의해 주로 이루어지는 반면 고속에서의 속도 증가는 보빈도의 증가에 의해 이루어진다.

 

▶ 가속도

- 가속도는 속도의 크기 변화나 방향 변화 혹은 크기와 방향 변화를 나타낸다.

단위 : m/s²

 

▶ 등속운동과 등가속도운동

등속운동 : 속도가 변하지 않고 일정하게 유지되는 운동

- 등속운동에서는 가속도가 0이며, 작용한 힘도 0이다.

2. 등가속도운동 : 가속도가 변하지 않고 일정하게 유지되는 운동

- 속도가 시간의 경과에 따라서 일정하게 증가하거나 감소

- 일정한 크기의 힘이 작용할 때 등가속운동이 된다. (예를 들어서 수직운동 시 중력)

▶ 속도와 가속도의 관계

- 속도의 (+),(-)는 운동방향을 의미

- 가속도의 (+),(-)는 힘의 작용방향을 의미

- 속도는 운동방향을 나타내고 가속도는 힘의 작용방향을 나타내기 때문에 속도와 가속도의 (+),(-)는 서로 다를 수 있다.

 

(투사체 운동의 운동학적 분석)

▶ 공중에 투사된 수평거리의 세 가지 요인

투사속도 : 투사속도가 빠르면 빠를수록 투사 거리 증가.

투사각도 : 투사점과 착지점의 높이가 같고 외력이 작용하지 않으면 45°가 가장 이상적

투사높이 : 투사점이 높을수록 투사거리 증가

* 상대적 중요성 : 투사속도>투사각도>투사높이

 

▶ 투사운동별 분석

수직투사 운동

(1) 최고 높이에 도달하는 시간

(2) 지상에 낙하하는 시간

(3) 최고 높이

 

2. 사투사 운동

(1) 최고 높이에 도달한 시간

(2) 총 비행시간

(3) 최고 높이(정점의 고도)

(4) 최대 수평거리

 

(각운동의 운동학적 분석)

▶ 각거리와 각변위

각거리 : 처음 각 위치에서 나중 각 위치까지 물체가 이동한 각도의 총합

각변위(=세타θ) : 회전하는 물체의 각 위치 변화량, 처음 각 위치와 나중 각 위치가 이루는 각도

 

▶ 각속력과 각속도

각속력은 방향성은 없고 단순히 빠르기를 의미하지만 각속도는 크기와 방향을 모두 가진다.

단위 : ˚/s, rad/s, rpm(분당 회전수)

 

▶ 각가속도

각가속도는 각속도의 크기나 방향의 변화를 나타낸다.

각가속도는 가속도의 크기 변화, 즉,보다 점점 더 빨리 회전하거나 점점 더 천천히 회전하는 것과 관련된다. 각가속도가 0이면 회전속도가 변하지 않음을 의미한다.(등각속도운동)

선가속도와 마찬가지로 각속도의 방향(회전 방향)이 변해도 각가속도가 발생한다.

 

선속도 = 각속도 x 회전반경 =

▶ 선속도와 각속도의 관계

 

▶ 인체운동과 선속도-각속도 관계

배구 스파이크, 골프 스윙, 야구 배팅, 배드민턴 스매시 등의 충격 상황에서 도구의 선속도는 중요한 역학적 변인이다.

*선속도를 증가시키기 위해서는 각속도와 회전반경을 증가시켜야 한다.

(1) 각속도 증가 : 충격 이전에 회전운동에서 관절을 굽혀 관성모멘트를 감소시키고 각속도를 증가시킨다.

(2) 회전반경의 증가 : 충격 직전에 관절을 신전시켜 회전반경을 늘린다.

예) 배드민턴 스매시 동작에서 팔을 회전시킬 때는 어깨와 팔꿈치, 손목 관절을 굽혀 각속도를 최대한 증가시키고 임팩트 직전에 모든 관절을 펴 라켓의 회전반경을 최대로 늘린다. 만약 회전운동 초기부터 회전반경을 늘리면 각속도를 증가시키기 어렵다.

 

▶ 회전반경과 운동과제

회전반경이 길수록 유리한 경우 – 치기관련과제(선속도 = 각속도x회전반경)

회전반경이 짧을수록 유리한 경우 – 돌기관련과제(각속도 = 선속도 / 회전반경)

 

 

선운동의 운동역학적 분석

▶ 힘의 정의

- 어떤 물체를 특정 방향으로 밀거나 당길 때 작용하는 물리량

단위 : N 또는 kg ‧ m/s²

 

▶ 힘의 구성요소

크기(화살표의 길이)

방향(특정 축에 대해 이루는 각도)

작용점(화살표의 시작점)

작용선(화살표의 연장선)

▶ 뉴턴의 운동 법칙

제 1법칙 : 관성의 법칙

- 모든 물체는 외부로부터 힘이 가해지지 않는 한 그 물체는 현재의 정지상태 또는 운동상태를 유지한다.

- 정지 상태에서의 관성력은 그 물체의 질량에 비례하며 운동 중에 있는 물체의 관성력은 그 물체의 운동량에 비례한다.

1. 선운동 상황 (영향 요인)

(1) 정지관성 : 질량

(2) 운동관성 : 운동량(질량, 속도)

2. 각운동 상황

(1) 회전저항 : 관성모멘트

(2) 회전지속 : 각운동량(관성모멘트, 각속도)

 

제 2법칙 : 가속도의 법칙

- 운동방향이나 운동 속도와 같은 물체의 운동 상태의 변화를 일으키는 원인을 힘이라고 한다. 움직이는 물체에 같은 방향으로 힘을 작용하면 그 힘만큼의 가속도가 생긴다. 물체의 가속도는 작용하는 힘의 크기에 비례하고 질량에는 반비례한다.

 

제 3법칙 : 작용 반작용의 법칙

- 모든 힘의 작용에는 항상 크기가 같고 방향이 반대인 힘의 반작용이 있다.

<작용-반작용의 법칙과 지면반력의 적용>

인체가 지면에 힘을 가하면 그 힘에 대한 반작용력이 생긴다. 이 때의 반작용력을 지면반력이라고 한다.

지면반력은 수평성분력과 수직성분력으로 분해된다.

 

▶ 운동량

운동량(P) = 질량(m) ‧ 속도(v)

 

▶ 운동량 보존의 법칙

- 물체에 작용하는 외력이 없다면 물체의 전체 선운동량은 항상 일정하게 보존된다.

 

▶ 충격량

- 충격량은 일정 시간동안 어떤 물체에 작용한 힘의 총합이다.

충격량 = 힘 x 시간 (충격력 x 작용시간)

단위 : Ns 또는 kg ‧ m/s

 

▶ 충격량과 운동량의 관계(교재 76~77p) 참고

- 물체에 작용한 충격량은 그 물체의 운동량의 변화량과 같다. 일반적으로 물체의 질량은 변하지 않기 때문에 충격량은 결국 속도를 변화시킨다.

충격량 = 힘 ‧ 시간

= (질량 ‧ 가속도) ‧ 시간

= (질량 ‧ ) ‧시간

= 질량 ‧ (나중속도-처음속도)

= (질량 ‧ 나중속도) - (질량 ‧ 처음속도)

= 나중 운동량 – 처음 운동량

= 운동량의 변화량

*충격량 증가의 방법 : 힘 또는 작용시간을 늘려야 한다.

 

▶ 충격력

(충격력은 충격량이 일정하다고 가정할 때, 작용시간에 반비례한다.)

*충격력 감소의 두 가지 방법

작용시간을 길게 해 충격력을 감소시킨다.

충격 면적을 크게 하여 충격력을 분산시킬 수 있다.

 

(충돌과 탄성)

▶ 충돌의 종류

완전 탄성 충돌 (탄성계수 1)

- 충돌 체 상호간의 충돌 전과 충돌 후의 상대속도가 같은 경우로서 충돌에 의한 에너지 손실이나 에너지 형태의 전환이 없는 경우를 말한다.

2. 불완전 탄성 충돌(탄성계수<1)

- 충돌에 의하여 물체가 일시적으로 변형된 후에 다시 충돌 전의 형태로 복원되는 경우를 말한다. (대부분의 스포츠의 예가 불완전 탄성 충돌)

3. 완전 비탄성 충돌(탄성계수 0)

- 충돌체가 충돌 수에 서로 분리되지 않는 경우를 말한다.

 

▶ 반발 계수(충돌 계수, 탄성계수)

- 충돌 상황에서 탄성의 정도를 나타내는 계수

1. 상대속도로 구하는 공식

충돌 전 상대속도에 대한 충돌 후 상대속도의 비율의 절대값으로 결정된다.

 

2. 지면에 대한 반발계수로 구하는 공식

 

▶ 공의 사각 충돌

회전형태	바운드 높이	마찰력 방향	충돌 후 수평속도	반사각(수직축과의 각도)	이동거리
무회전	세 조건이 동일	반대 방향	충돌전보다 작다
순회전 (톱스핀)		진행 방향	충돌전보다 크다 무회전보다 크다	반사각 크다	무회전보다 크다
역회전 (백스핀)		반대 방향	충돌전보다 작다 무회전보다 작다	반사각 작다	무회전보다 작다

 

※ 농구의 백보드 슛

농구의 백보드(수직면)에서 의 역회전 효과는 평지(수평면)에서의 순회전 효과와 동일하게 나타나기 때문에 농구공이 골대로 효율적으로 들어가기 위해서는 역회전으로 공을 던져서 공의 반사각을 늘리고 작은 각도로 리바운드 되도록 해야 한다.

 

▶ 마찰력

정지마찰

- 정지해있는 두 물체의 접촉면 사이에 존재하며 운동의 시작을 방해하는 저항력을 제공한다.

2. 운동마찰

(1) 미끄럼 마찰

- 미끄럼 마찰은 두 물체가 접촉한 상태에서 상대적으로 미끄러질 때 서로에 대해 발생시킨 마찰을 뜻한다.

* 미끄럼마찰을 극대화 하는 경우 : 단거리에서 스파이크 착용, 핸드볼의 송진가루

미끄럼마찰을 극소화 하는 경우 : 스키, 스노보드

 

(2) 구름마찰

- 구름마찰은 공이나 바퀴와 같은 물체가 지지하거나 접촉하면서 면 위를 구를 때, 어느 한쪽 또는 양쪽물체의 형태가 접촉면에 변형됨으로써 생기는 마찰력이다. 구름 마찰은 재질이 딱딱할수록 변형 정도가 감소하므로 두 물체 사이의 구름 마찰력은 감소한다.

* 구름마찰이 큰 경우 바퀴 형태 : 직경이 좁다, 압력이 크다, 표면이 매끄럽다.

⤷(안정성↓, 운동하는데 유리)

구름마찰이 작은 경우 바퀴 형태 : 직경이 넓다, 압력이 적다, 표면이 거칠다.

⤷(안정성↑, 운동하는데 불리)

 

※ 구름마찰에 영향을 주는 요인

접촉면과 접촉체의 물질

두 표면을 함께 누르는 압력(수직항력)

구르는 물체의 직경

 

 

▶ (표면)마찰력

(표면)마찰력 = 마찰계수 x 수직항력

- 물체를 내려오도록 하는 추진력과 내려오지 못하게 하는 미끄럼 마찰력은 서로 반대방향이고 그 크기는 동일하기 때문에 두 물체에 작용하는 마찰계수는 다음과 같다.

 

(유체마찰)

▶ 유체마찰력의 형태

항력 : 운동체의 속도 방향과 반대 방향으로 작용하는 운동 성분으로 항상 유체와 운동체 사이에서 상대적인 운동을 방해한다. (비행 경로에 대한 수평 분력)

양력 : 운동체가 움직이는 방향에 수직으로 작용하는 힘으로 운동체의 속도에는 영향을 미치지 않으나 운동 방향을 바꾸게 한다. (비행 경로에 대한 수직 분력)

양력효율지수 : 양력 효율지수가 크다고 하는 것은 그 물체가 받는 공기 저항이 그 물체의 전진을 방해하는 저항으로 작용하기 보다는 그 물체를 떠받치는 데 상대적으로 크게 작용하고 있음을 뜻함.

 

▶ 유체마찰의 공식

유체항력 = K ‧ P ‧ S ‧ V²

K – 물체의 모양, 구조, 유체 온도 등에 의하여 결정되는 상수

P – 유압

S – 물체의 횡단 면적

V² - 유체와 물체간의 상대속도

 

▶ 유체항력의 형태

표면항력

형태항력

- 물체가 공기나 물과 같은 유체 속에서 빠르게 이동할 때, 물체의 유체가 다가와 부딪치게 된다. 이때 유체의 압력은 증가하고 물체의 뒷면에서는 정상적인 유체 흐림이 혼란하게 되어 소용돌이가 일어나면서 낮은 압력의 난류 지역이 형성된다. 이와 같은 앞면과 뒷면간의 유체압력차이에 의해 발생된 저항을 형태항력이라 한다.

*후류현상 : 뒤따르는 선수는 선수의 전면에 형성되는 것과 같은 높은 압력이 거의 형성되지 않는다. 오히려 앞쪽 선수의 후미에 형성된 항적지대로 뒤쪽 선수가 끌어 당겨지며 이로 인해 뒤쪽선수는 앞쪽으로 끌려가게 된다. 이러한 현상을 후류라고 한다.

파동학력

- 파동항력은 물과 공기가 만나는 접촉면에 형성되는 난류에 의하여 형성된 저항이다.

- 파동항력은 물체 이동속도의 3제곱에 비례하여 증가한다.

 

▶베르누이의 정리와 마그누스 효과

베르누이의 정리

- 밀도가 일정할 때 유속이 빨라지면 이에 따라 유압은 작아지며 반대로 유속이 느려지면 유압이 커진다. (공기는 고기압에서 저기압으로 이동하는 성질을 가지고 있음)

 

2. 마그누스 효과

베르누이의 정리에 의하여 순수한 힘(양력이) 공(물체)에 작용하여 공(물체)이 휘어지는 현상을 마그누스 효과라고 한다. 이때, 공에 작용하는 양력을 마그누스의 힘이라고 한다.

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