ボクシングサイエンス その2 てこ2

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末端の高速運動

トルク

厳密さを求めると話が長くなりすぎていつまでも続いてしまうので、細かい理屈は後回しでまずは直観的に理解できる範囲からやっていきます。
数学的な部分はなるべく排除しています。

ボクシングサイエンス その1 てこ
末端の高速運動 スポーツにおいて末端を高速で動かす原理を知るのは非常に重要です。 テニス、ゴルフ、野球、サッカーなどあらゆるスポーツにおいて勝利へと直結します。 てこ 義務教育でも学習するのでてこの原理は当然ご存じだと思います。 ...

前回。

混乱のないために回転力及び力のモーメントの呼称をトルクで統一します。
前回の記事でも説明したようにトルクとは物体を回転させようとする力であり、その大きさは力点に加わる力と力点から作用点までの距離で表されます。

N(重りを動かす力) = r(支点までの距離) × F(力点に加わる力)
このような力(ベクトル)の掛け算を外積といったりします。
そして同じ向きのベクトル同士の外積は0になります。

トルクの計算

上記の式でトルクを求めることができますが、力Fがrに対して直角である場合という条件が付きます。

力点に加える力の向きが上記のように物体を動かす棒と直角に働いている場合トルクが最大となります。


しかしこのように棒の向きと同じ方向に力を加えても棒を引っ張るだけで作用点に力は働かず物体を動かすことができません。
つまり力の加えられる角度によってトルクの大きさは変わってくるのです。

この角度を計算に入れた場合以下で表されます。

N = rF・sinθ

sinθは高校の三角関数で出てきたので見覚えがある方も多いと思います。
この式の意味までやると本筋の話からそれてしまうので、割愛します。
一通り終わった後で説明します。

要約すると力の向きと大きさ、棒の長さがトルクを決めるということです。

3つのてこ

てこの原理の応用には天秤、シーソーとか栓抜きなどがあります。
どんなてこの種類があるのか復習です。


てこと言われて真っ先に想像する種類のてこだと思います。


支点から力点までの距離rまでが最も遠く、作用点に働く力が一番大きくなります。


作用点と支点の間に力点があり作用点に働く力の大きさが最も小さくなりますが、素早く物体を動かすことができます。

関節に働くてこは主に2つです。
第一のてこと第三のてこです。

骨格においては筋肉と腱によってトルクが発生します。
筋肉と腱について簡単に説明します。

筋肉と腱

腱(けん)は、解剖学において骨格筋が骨に付着する部分の筋肉主体部寄りにある結合組織のひとつ。

Wikipediaからの引用

骨格筋が収縮すると腱が付着している部分が引っ張っられて関節を回転軸として骨を回転させます。
この腱はゴムのように極めて強い弾性のある繊維で運動の際にはばねの働きをしています。
黒人の陸上選手の足が速いのは強靭な腸腰筋により股関節に付着した腱に常に強い力がかかっている状態だからです
これにより股関節を軸に骨盤が前傾し臀部(尻)が上方に引っ張られます。
太ももの裏にあるハムストリングスの腱は臀部に付着しているため、ここにも強い力で引き伸ばされます。

つまり骨盤を前傾させると足にあるゴムを引っ張って伸ばした状態になります。
伸ばされたゴムが一気に縮むことにより足が後方に力強くスイング(股関節の回転)され大きな推進力(トルク)を生み出しています。
この話も深堀すると長くなるので後でまとめようと思います。
まずは関節のトルクについて進めていきます。
関節の回転と腱の働きが運動において重要になります。

イメージがつかめるように以下の画像を用意しました。


力点と作用点の間に回転軸があります。


人体にあるてこの大半はこの第三のてこです。
回転軸と作用点の間に力点があります。
前腕部分に付着した腱に力を加えることによって末端の手首が回転します。

続く。

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