バイオメカニクスの板書

質量と重さは、別の量

• 質量＝物体そのものの量を表す量。測る場所が変わっても変わらない
• 重さ（重力）＝質量に重力加速度をかけて得られる力であり、力の一種
• 日常語では同じものとして使われるが、力学では別の量として扱う

動きを記述するか、原因を扱うか

• キネマティクス

  位置・速度・加速度・角度。動きそのものを記述する

  • 力は出てこない
  • 動きの記述

• キネティクス

  力・トルク・力積・パワー。動きを起こしたものを扱う

  • 力の計測が要る
  • 原因の説明

• キネマティクス（運動学）＝位置・速度・加速度・角度など、動きそのものの記述を扱う
• キネティクス（運動力学）＝力・トルク・力積・パワーなど、動きを生じさせたものを扱う
• 見分けは、その文で力やトルクが扱われているかどうか

向きを含む量と、含まない量

• 距離と速さ＝大きさだけを表す量
• 変位と速度＝大きさに加えて向きを含む量
• 挙上して元の位置へ戻せば、移動した距離は残るが変位はゼロになる
• 加速度は速度の変化なので、速さが一定でも向きが変われば生じる

斜めの力は、2つに分けて読む

• 力はベクトル量なので、向きごとの成分に分解して扱える
• 傾斜のあるレッグプレスでは、負荷の力をスレッドに沿った成分と、スレッドに垂直な成分に分けられる
• 押す動作に使われるのは、スレッドに沿った方向の成分
• スレッドの角度を変えると、2つの成分の割合が変わる

力に時間をかけたぶんだけ、速度が変わる

• 力積＝力と、その力が作用した時間の積
• 運動量＝質量と速度の積
• 加えた力積の分だけ運動量が変化する
• 同じ力積であれば、大きな力を短時間加えても、小さな力を長時間加えても、速度の変化は同じになる

同じ仕事を短い時間でやると、パワーが大きい

• 仕事＝力と、その力の向きに動いた距離の積
• パワー（仕事率）＝仕事を、要した時間で割った量。力と速度の積としても表せる
• 同じ重量を同じ高さまで挙上したとき、要した時間が短いほど大きくなる量はパワーであり、力でも仕事でもない

回転させる量は、力ではなくトルク

• トルク（モーメント）＝力と、回転軸から力の作用線までの垂直距離（モーメントアーム）の積
• 同じ力でもモーメントアームが長くなるほどトルクは大きくなる
• 偶力＝大きさが等しく向きが反対の2つの力が、離れた平行な作用線に働く状態。合力はゼロになるが正味のモーメントは打ち消し合わずに生じ、その場で回転が起きる

回しにくさは、質量がどこにあるかで決まる

• 慣性モーメント＝回転軸から質量が遠くに分布するほど大きくなり、回転させにくくなる
• 同じトルクを加えたとき、慣性モーメントが小さいほど角加速度は大きくなり、回転の立ち上がりが速い
• 用具を短く持つ、四肢を畳むといった操作は、質量を回転軸へ近づけて慣性モーメントを小さくしている

空中では、丸めると速く回る

• 外力がほとんど働かない局面では角運動量が保存される
• 角運動量は慣性モーメントと角速度の積にあたるため、身体を丸めて慣性モーメントを小さくすると角速度が増し、回転が速くなる
• 空中で回転そのものを新しく作り出しているのではなく、保存された角運動量の配分を変えている

床を押した力が、そのまま返ってくる

• 地面反力＝身体が地面を押す力に対して、大きさが等しく向きが反対の力が地面から身体に及ぼされるもの（作用・反作用の法則）
• 地面反力には鉛直方向のほかに前後方向・左右方向の成分が生じ、三方向の分力として計測できる
• フォースプレート（床反力計）が計測するのは床と身体の間に働いた力であり、個々の筋が発揮した力そのものではない

滑れば、出した力は伝わらない

• 足元に十分な静止摩擦力が確保されることで足の滑りを防ぎ、脚で発揮した力を効率よくバーベルへ伝えられる
• 摩擦力が不足すると、発揮した力の一部が滑りに逃げて挙上に使われない

安定は、広さと高さで決まる

• 支持基底面が広く、重心の位置が低いほど安定性は高くなる
• 重心から下ろした鉛直線が支持基底面の内側にあるあいだは倒れず、外へ出ると倒れる
• 足幅を広げる・重心を低くするという指示は、支持基底面の広さと重心の高さを変えている

離れた瞬間に、高さは決まっている

• 踏切を離れたあとは重力以外の力がほとんど働かず、跳躍の高さは踏切で得た鉛直方向の初速度によって決まる
• 空中での動作で重心の軌道は変えられない。変えられるのは重心に対する姿勢
• したがって跳躍の高さを改善する操作は、すべて踏切局面に入る

曲がるには、中心へ向かう力が要る

• 一定の速さで曲線を走る場合も、向きが変わるため加速度が生じており、円の中心へ向かう力が必要になる
• その力は地面反力から得る。身体を内側へ傾けて地面反力の向きを内側へ向ける
• 曲率半径が小さいほど、速度が大きいほど、必要な力は大きくなる

縮むか、伸ばされるか、長さが変わらないか

• 短縮性収縮＝筋が短くなりながら力を発揮する
• 伸張性収縮＝筋が引き伸ばされながら力を発揮する
• 等尺性収縮＝筋の長さが変わらないまま力を発揮する
• 伸張性収縮は力を抜いているのではなく、発揮しながら伸ばされている状態

伸ばされた直後に縮めると、大きな力を出せる

• 伸張−短縮サイクル（ストレッチ・ショートニング・サイクル）＝伸張性収縮の直後に短縮性収縮を行うことで大きな力を発揮する現象
• 伸張から短縮への切り返しに時間がかかると、効果は小さくなる
• 跳躍・走行・投球など、速く大きな力を発揮する動作の多くがこの形をとる

速く縮めようとすると、力は小さくなる

• 力−速度関係:短縮性収縮では、短縮の速度が速いほど発揮できる力は小さくなる
• そのため負荷が重いほど挙上の速度は低くなる
• 伸張性収縮では、同じ速度で短縮する場合より大きな力を発揮できるとされる

筋は、中間の長さでいちばん強い

• 力−長さ関係:筋はアクチンとミオシンの重なりが最適になる中間の長さで最大張力を発揮する
• 伸びきった位置では重なりが不足し、縮みきった位置では重なりが過剰になるため、いずれも発揮できる張力は落ちる
• 張力が落ちるのは筋そのものの話。その種目でどの角度がいちばんきついかは、てこの条件（モーメントアーム）が重なって決まるため、可動域の端とは一致しないことがある

大きさの上限と、立ち上がりの速さは別

• 最大筋力＝発揮できる力の大きさの上限
• RFD（力の立ち上がり速度）＝短い時間内に力をどれだけ速く高められるかを表す
• 接地時間が短い動作では最大筋力の上限まで力を立ち上げる時間がないため、RFDの差が結果に表れやすい

どの角度で強いかは、種目ごとに違う

• 筋力曲線＝関節角度の変化にともなって、その種目で発揮できる力の大きさが変わる関係
• 形は種目ごとに異なり、上昇型・下降型などに分かれる
• 同じ筋群を狙う種目でも、力を発揮しにくい角度は種目によって違う

止まる場所は、だいたい決まっている

• スティッキングポイント＝挙上動作の途中で速度が最も低下する局面
• 関節角度によるてこの条件と筋力曲線の形が重なり、最も力を発揮しにくくなる位置で生じる
• 挙上できない原因を検討するときは、動作のどの位置で速度が落ちたかを手がかりにする

挙げ終わりで止まる種目には、減速の局面がある

• 挙げ終わりで動作が停止する種目では、挙上の後半に減速の局面が生じる
• そのため、可動域の全体で加速し続ける刺激は得にくい

軌道を自分で作るか、与えられるか

• フリーウエイトは軌道が定まっていないため目的の筋だけに絞ることが難しく、姿勢を安定させる働きも必要になる
• マシンは軌道が決まっているため、狙う筋に絞りやすい
• マシンでも、動かす関節の回転軸とマシンの支点を合わせる調整が必要になる

ゴムとチェーンは、終盤で重くなる

• フリーウエイトによる負荷は、動作中ほぼ一定である
• ゴムチューブは伸びる長さが増えるほど抵抗が増し、動作の終盤で負荷が高まりやすい
• チェーンも床から離れる量が増えるほど負荷が増える
• 可変抵抗は、角度ごとの抵抗を筋力曲線の形に近づけることを狙っている

素早く引き上げるには、重さ以上の力が要る

• 静止状態から素早く動かすには、重さを支える力に加えて加速させるための力が必要になる
• そのため、静止して支えているときよりも大きな力が要る
• 同じ重量でも、動作の速さによって必要な力は変わる

担ぐ位置が変わると、きつくなる場所が変わる

• フロントスクワットではバーが身体の重心の近くに位置するため、股関節まわりのモーメントアームが短くなる
• そのため体幹をより直立に保ちやすい
• バックスクワットはバーが後方にあるぶん股関節まわりのモーメントアームが長くなり、体幹が前傾しやすい

深くすると、増えるのは膝と股関節のトルク

• スクワットのしゃがむ深さを増すと、膝関節および股関節まわりの筋が発揮するトルクが大きくなる
• 深さは一律に決めるものではなく、その姿勢を保てる可動域と動作の質から判断する

体が大きいほど、体重あたりの筋力は不利になる

• 筋力は筋の横断面積に、体重は体積におおむね比例するため、体格が大きくなるほど体重の増え方が筋力の増え方を上回る
• そのため体格の大きい競技者ほど、体重あたりの筋力（相対筋力）は小さくなりやすい
• 絶対的な筋力が高くても、自分の体重を移動させる動作では不利に働くことがある

近いところから動かして、遠くへ渡す

• 運動連鎖＝近位の大きな筋群から動き始め、遠位の部位へ動きを伝えるほど、末端の速度を大きく高められる
• スプリントの加速局面では、接地位置を身体より前にせず、やや後方寄りで地面を強く後方へ押し、身体全体を前傾させて進む
• 身体の前方へ接地すると制動が大きくなる

途中で支えきれないと、そこで力が逃げる

• 運動連鎖の途中にある体幹が力を支えきれないと、そこで力が逃げて末端まで伝わりにくくなる
• この場合、末端のパフォーマンスが低下する原因は末端の部位ではなく、連鎖の途中にある

股・膝・足を、ほぼ同時に伸ばす

• トリプルエクステンション＝股関節・膝関節・足関節がほぼ同時に伸展し、短時間で大きな力を伝える動作
• パワークリーンのセカンドプルで重視される
• 垂直跳びの踏切と同じ形の動作にあたる