1. 신발의 운동역학
여러 스포츠에 있어서 지면과 바닥에 접하는 것은 신발이다. 또 스포츠 신발의 메카는 경기 특성과 겹쳐서 여러 가지의 신발을 개발하고 있다. 그중에서도 신발은 1970년대 조깅 붐이 있었던 당시 문제였던 달리기대회 중 상해를 예방하는 목적으로 눈부신 발전을 이끌어낸 스포츠용품의 하나이다.
신발의 기능성 평가는 충격완충성, 발뒤꿈치의 안정성, 굴곡성, 그립성, 내구성, 중량, 환기성 등 여러 관점에서 바라볼 수 있다. 여기에서 충격완충성과 발뒤꿈치의 안정성은 스포츠 상해와 밀접한 관계가 있다. 런닝화 등의 일반적인 운동화는 점탄성 소재를 중창으로 사용하는데, 러닝에서 신발의 뒷꿈치가 바닥에 닿았을 때 힘이 신체에 전달되게 된다. 보행에서는 체중에 1.2배의 힘이 신체에 전달되고, 러닝 시에는 속도가 빨라질수록 3-4배 이상의 힘이 전달된다. 이때 뒷꿈치가 바닥에 닿게 되면 신발의 바닥에 변형이 발생한다. 변형은 중창에 외부의 부하가 가해지면서 발생하고 부하가 없어지면 원래의 모습으로 돌아오게 된다. 중창은 부하가 전달되는 동안 충격 흡수의 기능과 함께 에너지의 손실이 발생하게 된다. 신체가 이동하면서 신발에 전달되는 에너지를 중창의 점탄성 소재에서 신체가 앞으로 나아갈 때 에너지를 다시 돌려주어야 하는데 이를 에너지의 반환이라 한다. 몸에 부하가 지속적으로 전달되는 러닝의 경우 너무 쿠션이 좋으면 운동을 지속하게 되면 에너지가 손실이 높아서 쉽게 피로를 느낄 것이다. 실제로 워킹화에 비해 마라톤화의 경우 중창이 더 딱딱한 경우를 알 수 있다. 아직까지 런닝에서 발이 지면에 접촉하면서 발생하는 일반적인 충격력이 관절 상해와 밀접한 관련이 있지 않다고 알려져 있고 오히려 어느 정도의 지속적인 충격이 건강한 뼈를 유지하는데 효과가 있다는 연구결과들이 보고되고 있다.
신발의 기능은 발을 보호하면서도 인체의 움직임을 원활히 하기 위한 외부와의 연결고리 역할을 한다. 신었을 때 편할 뿐만 아니라 목적에 맞는 각각의 기능성에 부합하여야 한다. 또한 내구성이나 통풍성 등 여러 가지 고려되어야 할 것이다. 결론적으로 인체가 가지고 있는 역학적인 특징을 잘 활용한다면 편안하면서도 스포츠가 요구하는 기능에 맞는 좋은 신발을 만들 수 있을 것이다.
2. 타구의 운동역학
테니스, 골프 등의 스포츠에는 타구, 즉 라켓, 클럽 등으로 볼을 치는 것으로 경기가 진행되고 있다. 여기에서의 타구의 성능평가방법으로 중량, 관성움직임, 중심위치 등의 정적인 특성, 반발계수 등의 동적인 특성이 있다.
일반적으로 반발계수가 크다면 더 멀리 혹은 빠르게 공을 칠 수 있을 것이라 생각할 수 있으나, 반발계수가 가장 큰 지역인 'sweet spot'을 고려해보아야 한다. sweet spot이란 골프 클럽 헤드, 테니스 라켓, 야구의 배트 따위에서 공이 가장 효과적으로 쳐지는 부분이다. 장력을 받아 탄성이 좋은 비교적 긴 줄로 엮어진 테니스 라켓의 sweet spot은 타면 중앙부에서 약간 손잡이 쪽에 가까운 부분에 있다. 타면이 넓은 테니스 라켓의 sweet spot은 재래형 라켓에서는 포도알크기, 오버사이즈 라켓에서는 참외 크기 정도 되는 것으로 알려져 있으며 라켓 타면을 하늘을 향하도록 잡고 테니스공을 상하로 튕길 때 손목에 무리 없이 잘 튕겨지는 부분이 sweet spot이 된다.
역학적 정의에 의한 ‘sweet spot’은 타면상의 고 반발중심을 일컫는다. sweet spot은 공이 클럽 타면에 정면으로 충돌할 때 최대 반발속도로 반대 방향으로 반발하는 타면상의 한 점을 이른다. 따라서 이 점은 아래 그림에 보인 바와 같이 무게중심으로부터 타면 접선에 수선을 내렸을 때 타면 접선과 만나는 타면의 한 점이 된다. 타면에 정면으로 공이 이 점에 충돌하면 충격력에 의해 헤드에 작용하는 토크가 0이 되어 충돌 후 헤드는 비틀리지 않고 똑바로 진행한다. 이 점 이외의 타면에 공이 충돌하게 되면 소위 빗맞은 공이 되어 충돌 후 헤드가 비틀리게 되어 공의 반발속도가 최대치로부터 감소하게 된다.
3. 스타팅 블록의 운동역학
걷기나 달리기에서 발로 지면을 밀면(작용) 지면으로부터 동일한 크기의 지면반력이 반대 방향으로 작용한다(반작용). 지면반력을 수평분력과 수직분력으로 분해해보면 수평분력은 몸 전체를 전방으로 이동하게 하고, 수직분력은 충력에 반발해서 몸을 위로 솟구치게 한다. 단거리 스피드싸움과 같이 수평방향으로 힘을 쓸 때는 몸을 앞으로 숙여 지면에 작용하는 각도를 적게하는 것이 유리하고, 점프와 같이 수직운동을 할 때는 90도에 가깝게, 이동중 정지하려고 할 때는 몸을 진행방향과 반대방향으로 젖혀서 각도를 줘야 유리하다.
4. 고찰
스포츠용품이 경기성적에 영향을 미치는 것은 말할 필요도 없다. 그러나 성능이 좋은 용품을 사용한다면 높은 경기성적을 얻을 수 있다는 것은 의문이 남아있다. 예를 들면, 마라톤용 신발에는 한발에 경량(약 100g)의 물체가 있다. 가벼운 신발을 이용하게 되면 에너지소비를 줄이는 것이 가능하다. 그러나 경량화된 신발의 충격완충성은 저하되는 경향이 있다. 트레이닝을 계속하여 다리의 충격완충성 능력이 좋은 선수의 경우에는 신발경량화의 효과가 충격완충성 저하에 비해서 크고, 최종적으로 얻을 수 있는 경기성적에 향상되는 것이 기대된다. 그러나 조깅을 처음으로 하는 초보자가 경량화 마라톤 전용 신발을 이용한다면 다리에 상해가 발생되는 가능성은 높을 것이다. 앞서 설명한 것처럼 운동개시 직후 상해가 발생되지는 않지만 장시간의 운동을 할 경우에는 피로의 영향도 고려해야 한다.
유명한 선수가 사용한다고 자신의 수준에 맞지 않는 용품을 선택하는 것은 상해의 위험성을 증가 시킬 뿐만 아니라 경기성적 또한 저하시키므로, 스포츠용품을 선택할 때 상해의 예방을 기본으로 하며 각자의 기술과 체력의 수준을 고려하여 용품을 선택하는 것이 중요하다.
