지레, 토크와 안정성
쉽게 말하면
몸의 뼈와 근육은 지레처럼 움직여요. 받침점(관절), 힘을 주는 곳(근육이 붙은 곳), 버티는 무게가 어떻게 놓였는지에 따라 1·2·3종 지레로 나눠요. 몸은 대부분 힘점이 가운데 있는 3종 지레라서 힘은 많이 들지만 빠르고 크게 움직일 수 있어요. 돌리는 힘(토크)은 축에서 멀수록 커져요.
시험용 정의
지레는 받침점(축), 힘점, 저항점의 배치로 나뉜다. 1종: 받침점이 가운데(시소, 목을 뒤로 젖히기). 2종: 저항이 가운데(외바퀴 수레, 발뒤꿈치 들기). 3종: 힘이 가운데(팔꿈치 굴곡, 인체 대부분). 회전 효과인 토크 = 힘 × 모멘트 팔(축에서 힘의 작용선까지 수직 거리)이다. 기계적 이점 = 힘팔 ÷ 저항팔.
비유로 이해하기
문을 열 때 경첩 가까이 밀면 힘들고 손잡이 쪽을 밀면 쉽다. 같은 힘이라도 축에서 멀수록(모멘트 팔이 길수록) 돌리는 효과(토크)가 커진다.
자세히
지레 종류
| 종류 | 배치 | 인체 예 | 특징 |
|---|---|---|---|
| 1종 | 힘 - 받침점 - 저항 | 머리를 뒤로 젖히기(환추후두관절), 팔꿈치 신전(삼두근) | 균형·방향 전환. 기계적 이점은 배치에 따라 |
| 2종 | 받침점 - 저항 - 힘 | 발끝으로 서기(발가락 관절이 받침점) | 기계적 이점 > 1, 힘에 유리 |
| 3종 | 받침점 - 힘 - 저항 | 팔꿈치 굴곡, 무릎 신전 등 대부분 | 기계적 이점 < 1, 속도·범위에 유리 |
토크 계산 예
팔꿈치에서 손까지 0.35 m, 덤벨 10 kg(약 98 N), 전완 수평일 때 저항 토크 ≈ 98 × 0.35 ≈ 34 N·m. 팔이 수직으로 내려가면 모멘트 팔이 0에 가까워 토크가 거의 없다. 그래서 컬은 팔꿈치 90° 부근이 가장 힘들다.
무게중심과 안정성
- 무게중심: 몸무게가 모두 모였다고 볼 수 있는 점. 선 자세 성인은 대략 천추 2번 앞쪽(키의 약 55%)
- 안정성을 높이는 요인: 지지면 넓게, 무게중심 낮게, 무게중심선이 지지면 가운데, 질량 크게, 마찰 크게
- 빠르게 움직이려면 반대로 무게중심을 지지면 가장자리로(출발 자세)
시험에 이렇게 나와요
- 1종(받침점 가운데), 2종(저항점 가운데, 기계적 이점 > 1), 3종(힘점 가운데, 인체에 가장 많음)
- 토크 = 힘 × 모멘트 팔
- 안정성: 기저면 넓고 무게중심 낮을수록↑
출제기준·표준 교재 기반
확인 문제
Q1. 덤벨 컬에서 팔꿈치 관절(받침점), 이두근(힘), 덤벨(저항)의 배치는 몇 종 지레일까?
- 지레가 아니다
- 2종 지레
- 1종 지레
- 3종 지레
정답 보기
4번 3종 지레
받침점(팔꿈치) - 힘점(이두근 부착)이 가운데 - 저항(손의 덤벨) 순서라 3종 지레다. 인체에서 가장 흔한 지레로, 힘에서는 불리하지만 속도와 운동 범위에 유리하다.
Q2. 발끝으로 서는 동작(카프 레이즈)은 몇 종 지레인가?
- 지레 아님
- 3종
- 2종
- 1종
정답 보기
3번 2종
받침점(발가락) - 저항(체중, 발목) - 힘(아킬레스건).
Q3. 토크를 키우는 방법이 아닌 것은?
- 모멘트 팔을 길게
- 힘을 수직으로
- 힘을 축 가까이 작용
- 힘을 키운다
정답 보기
3번 힘을 축 가까이 작용
축 가까이는 모멘트 팔이 짧아진다.
Q4. 안정성을 높이는 방법은?
- 한 발로 서기
- 지지면을 좁게
- 무게중심을 높게
- 무게중심을 낮추고 지지면을 넓게
정답 보기
4번 무게중심을 낮추고 지지면을 넓게
무게중심을 낮추고 지지면을 넓힌다. 무게중심이 지지면 안에 깊이 있을수록 잘 넘어지지 않는다.
헷갈리기 쉬운 O·X
인체 근골격계의 지레는 대부분 3종 지레다.
정답 보기
O 속도·범위에 유리.
3종 지레는 기계적 이점이 1보다 크다.
정답 보기
X 힘팔 < 저항팔 → 1보다 작다.
덤벨 컬은 팔이 완전히 펴졌을 때 저항 토크가 가장 크다.
정답 보기
X 전완이 수평(90°)일 때 가장 크다.