<Image from Anatomy for Sculptors>

이 구조로 인하여 우리의 몸의 힘은 아래의 줄과 쇠사슬같이 한 부위의 움직임이 다음 부위로 전달된다고 생각하시면 됩니다. 그리고 이 작용을 “Kinetic Chain”이라고 부릅니다.

<Image by flippingphysics.com>

<Image from Repke Fitness>

<체인 하나하나가 몸 부위이고 하나에서 시작된 힘이 다른 부위로 전달된다.>

<A scene from Thor:Ragnarok>

하지만 줄과 다르게 사람의 몸은 부위마다 근육이 포함되어 있습니다. 그렇기 때문에 전달되는 속도를 몸 부위마다 추가 할 수 있습니다. 밑의 그림과 같이 효율적으로 각 부위의 움직임을 리듬에 맞게 더한다면 큰 속도의 합을 만들어 낼 수 있습니다.

<image from phys.uconn.edu>

반면 타이밍이 어긋날 경우 오히려 힘을 상쇄하는 결과를 초래하게 됩니다.

<image from phys.uconn.edu>

이 원리를 발부터 시작해서 라켓까지 전달하고 그 과정에서 속도를 증폭시키는 것이 테니스 스윙의 힘을 만들어 내는 방법이 되겠습니다.

이 과정을 더 자세히 알기 전에 중요한 물리 공식 한 가지를 알아야 합니다.

궁극적으로 우리가 라켓을 움직여 만들어 내는 것은 운동량입니다. 그리고 그 운동량을 공에 전달해 공을 원하는 방향으로 움직이게 하는 것이 스윙의 목적이죠.

다음은 운동량을 계산하는 공식입니다.

<Newton’s Cradle from wikipedia>

이 공식을 통해 우리가 공에 전달되는 운동량을 늘리기 위해서는 ‘m=무게’와 ‘v=속도’를 올려야 한다는 걸 알 수 있습니다. 무게를 올릴 방법은 “라켓의 무게”를 조절하거나 “몸무게”를 최대한 이용하여 공을 치는 방법이 있습니다. 그리고 “속도”를 올릴 방법은 이전 글에서 설명한 근수축과 탄력을 부위마다 올바른 타이밍으로 연결하는 것입니다.

*라켓의 무게: 라켓이 무거워지면 공이 가벼운 라켓보다 상대적으로 묵직하고 강하게 맞는 걸 느낄 수 있습니다. 하지만 운동량을 늘리기 위해 라켓의 무게를 올리는 데에는 한계가 있습니다. 라켓이 무거우면 무거울수록 순간 가속도를 내기 위해 큰 힘이 들어가고 반응 속도도 느려지기 때문입니다. 테니스는 공의 힘만 내는 운동이 아닙니다. 빠른 공에 대응하기 좋은 무게와 공을 묵직하게 칠 수 있는 무게의 사이에서 자신 원하는 균형을 찾아야 합니다.

<Image from Tennis-Warehouse>

*몸무게: 몸무게는 우리 몸의 골격근량과 체지방량 등으로 올릴 수 있겠습니다. 테니스를 위해서는 체지방보다는 밀도가 높고 힘을 낼 수 있는 골격근량을 키우는 게 좋겠죠. 또한 너무 큰 근육은 몸의 가동범위를 제한하고 무거운 무게가 몸의 움직임을 둔하게 만들 수도 있습니다. 라켓 무게와 같이 골격근량도 자기 플레이 스타일에 맞춰 적당한 크기를 만드는 게 이상적입니다.

위 두 무게를 공이 오는 반대 방향으로 던지며 공과 부딪히면 큰 운동량을 공에 전달시킬 수 있습니다. 그리고 이 운동량을 최대로 전달하기 위해서는 스윙하고 공이 나가는 방향을 길게 따라가야 합니다. 이 동작이 여러 스포츠에서 흔히 말하는 “follow-through”입니다.

<Original Clip by Love Tennis>

*속도: 이 글에서 깊게 짚고 넘어가고 싶은 부분이 바로, 이 속도입니다. 속도는 무게와는 다르게 기술적으로 증가시킬 수 있는 요소입니다. 하지만 복잡하게 형성된 인체 구조와 여러 원리가 동시다발적으로 일어나기 때문에 개별로 나눠 설명해 보겠습니다.

우선 간단하게 핵심 개념을 설명해 보겠습니다. 속도를 올리기 위해서는 근육들의 운동 방향들을, 공을 보내고자 하는 방향으로 나열해야 합니다. 그러면 부위마다 나오는 속도가 더해지며 더 큰 속도를 낼 수 있습니다. 일차원적으로 이해하기 쉽게 식으로 표현하자면 이와 같습니다. “total v = v₁ + v₂ + v₃…” 물리 시간에 한 번쯤 써봤을 식인데요.

<Image from Libretexts>

위의 그림을 보시면 썰매 위의 여자아이가 던지는 눈덩이의 속도는 다음과 같습니다. 𝑣 + 𝑢′즉 1.5 m/s + 1.0 m/s = 2.5 m/s. 움직이는 썰매의 위의 여자아이는 이미 썰매와 같은 속도로 움직이고 있고 그 위에서 눈덩이를 던지면 두 요소의 속도가 합해진 만큼 나옵니다. 어떻게 보면 뜬금없지만 기본적인 이 상식을 설명해 드리는 이유는 사람 몸의 구조 때문입니다. 사람 몸의 가장 밑인 발 위에 아래다리, 그리고 그 위에 윗다리, 그 위에 골반, 그 위에 허리, 가슴, 어깨, 팔 등등 근육으로 속도를 낼 수 있는 부위들이 탑처럼 쌓여 있습니다. 그리고 위의 공식 “total v = v₁ + v₂ + v₃…”를 이용해 각각 속도(velocity)가 나오는 부위를 크게 아래와 같이 나눠 봤습니다.

<Original Image from Anatomy for Sculptors>

“v₁,” 즉 발의 뒤꿈치를 들면 사람 몸의 전체가 일정 속도까지 수직으로 움직일 수 있습니다. 발이 위에 설명한 썰매 역할이 되며 v₂부터 v₁₀가 모두 썰매 위에 얹어져 있습니다. 그렇기 때문에 발이 움직이는 동안 몸 전체가 발과 같은 속도로 움직이게 됩니다. 여기서 v₂가 추가 속도를 더하고, v₃가 또 추가 속도를 더하며 마지막 v₁₀인 손까지 전달 되면서 각부위의 속도를 합하게 됩니다. 게다가 움직임에 사용된 몸무게의 합 또한 크기에 매우 큰 운동량을 만들어 냅니다.

이 전달 과정은 도미노 블락들이 쓰러지는 모습과 비슷합니다.

<image by CmdrKitten>

하지만 높은 속도를 내기 위해 온몸의 근육을 한 번에 수축해 속도를 내려 하면 몸의 유연성과 가동범위가 줄고, 낭비되는 힘이 큽니다. 또한 속도는 가속으로 인해 변화합니다. 빠른 속도로 근수축을 해도 순간 최고 속도를 낼 수 없습니다. 밑의 그래프를 보시면 근육에 신호가 가고 근수축으로 가속이 올라가다 최고점을 찍고 내려오는 과정이 표현되어 있습니다. 장력(Tension)의 단위는 Newton이고 이의 공식은 Force = ma입니다. m(무게)에는 변하지 않으니 밑 그래프는 a(가속도)와 직접적인 관계를 보실 수 있습니다.

<Image from drawittoknowit.com>

이 그래프를 통해 알 수 있는 것은 근수축으로 인한 가속도와 속도는 최고점에 도달하기까지 시간이 걸린다는 것입니다. 좀 더 직접적으로 설명을 해드리자면, 온몸에 한 번에 힘을 줘서 스윙하면 v₁부터 v₁₀이 동시에 최고 힘을 내지만 최고점 속도가 전달되기 전에 스윙이 끝나게 됩니다. v₁이 최고 속도에 도달하기 전에 v₂에서 가속을 시작하고 또 v₂가 최고 속도에 도달하기 전에 v₃가 가속을 시작하는 등 각자의 최고 속도를 연결하지 못하게 됩니다. 결국 모든 부위의 일부분인 속도만을 합하게 됩니다.

그렇다면 속도를 올리는 가장 최적의 방법은 무엇일까요?

바로 위에서 설명해 드린 “Kinetic Chain”의 원리로 이 속도들을 연결 짓는 것입니다.

<이해를 위해 Time을 늘려 놨지만, 실제론 이 과정이 마치 한 번에 일어나듯 빠릅니다.>

위의 그래프로 발에서 손까지 속도를 더하고 전달하는 관계를 표현 해봤습니다. 보시면 발을 굽혔다 펴는 힘으로 나서 온 속도가 최고점에 다다를 때 아래다리가 가속하기 시작합니다. 그러면 발의 속도를 이어받은 아래다리가 추가 속도를 더하게 됩니다. 또다시 아래다리의 최고점 속도를 이어받은 윗다리가 가속하며 추가 속도를 더하는 과정을 반복하며 손까지 이어집니다. 이 연쇄 동작을 발동시키려면 이전 글에서 이야기했던 “coiling”을 미리 준비해야 합니다. 즉, 필요한 근육들을 늘려 빠른 속도로 일어나는 연쇄 반응(chain reaction)에 맞춰 탄력의 힘을 이용해 추가 가속을 해줘야 합니다.

마지막으로 Federer의 포핸드를 통해 이 원리를 시각적으로 확인해 보겠습니다.

속력이 전달되는 과정을 빨간색으로 표시해 보았습니다.

<24FPS>

<2FPS>

다음 글에선 이 힘들의 방향과 나열에 관해서 설명해 보겠습니다.

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제일 먼저 근육을 효율적으로 사용하는 방법부터 알아보겠습니다.

골격근(skeletal muscles)은 뼈에 붙어 사람의 몸을 움직이거나 자세를 유지하기 위해 쓰이는 근육입니다. 우리는 몸의 거의 모든 근육을 이용해서 움직이고 자세를 만들어 공을 쳐 냅니다. 그래서 공을 치는 자세를 만들기 전에 단일 근육에서부터 힘을 효율적으로 내는 방법을 설명하겠습니다.

<Image by studyandupdates>

근육의 특성은 네가지로 나뉩니다.

-흥분성(Excitability): Skeletal muscle들은 신경계의 자극에 반응을 합니다.

-수축성(Contractibility): 근육은 수축할수 있어 힘줄로 연결된 뼈를 당길수 있습니다.

-신장성(Extensibility): 근육은 당기면 늘어납니다.

-탄력(Elasticity): 당겨지거나 늘어난 근육이 다시 제 모습과 길이로 돌아옵니다.

우리는 몸을 움직이기 위해 근육의 수축 이용해 한쪽 힘줄(tendon)에 붙어있는 뼈를 반대편 힘줄에 붙어 있는 뼈 방향으로 당겨 그 부위를 움직입니다. 제가 위에 근육의 특성들을 나열한 이유는 보통 많은 분이 오로지 수축만으로 스윙하기 때문입니다. 테니스는 갑작스러운 가속이나 순간 힘을 내어 버텨내는 동작이 많은 운동입니다. 반복적으로 근수축(contraction)만을 이용해 몸과 라켓을 움직이게 되면 근육에 큰 피로와 무리를 가하게 되고 근육파열(pulled muscle)로 이어지기도 합니다.

하지만 근육의 탄력을 이용하면 효율적으로 몸의 움직임을 만들어 낼 수 있습니다. 탄력은 늘어난 근육이 다시 원래 모습으로 돌아오는 특성입니다. 늘어난 것이 돌아온다는 것은 즉 해당 근육에 힘을 쓰지 않고 짧은 근수축을 만들어 낼 수 있다는 뜻입니다. 고무줄을 늘였다 놓으면 탄력으로 빠른 속도로 돌아오듯이 근육 또한 늘렸다 놓으면 초기 가속도를 얻을 수가 있습니다.

<Image by Terraminds>

근육의 효율적인 이용하는 방법의 예는 손가락 딱밤입니다. 우리가 딱밤을 칠 때 엄지로 중지를 당겨 아래팔(forearm)에 있는 손가락 근육을 늘렸다 엄지가 중지를 놓아주며 늘어났던 중지 근육이 제길이로 돌아가며 가속을 얻습니다.

<Image from “Human Anatomy for Artists” By Eliot Goldfinger>

그 가속을 받는 도중 중지 근육을 수축하면 더 빠른 가속도를 내게 됩니다. *근육을 가능한 한 최대로 늘린 길이만큼 나오는 가속도가 커집니다.* 하지만 엄지를 쓰지 않고 단지 중지로만 속도를 내려 하면 속도가 확연히 줄어드는 것을 볼 수 있습니다. 탄력과 수축을 따로 하나씩 쓰면 낼 수 있는 속도가 매우 작지만, 이 둘을 잘 조합한다면 배의 힘을 낼 수 있습니다. 또한 탄력의 가속을 내면 이미 움직이고 있는 근육을 수축하는 원리이기에 순간 근수축처럼 멈춰있던 근섬유를 순간 당겨 손상할 위험을 줄일 수 있습니다.

<많이 아프겠죠?>

이 과정을 간단하게 나열하면 이렇습니다:

1.근육 당겨 늘리기→ 2.늘어난 근육 놓기→ 3.근육이 정상모습으로 돌아오는 과정에서 근수축

이 탄력의 힘을 이용하기 위해서는 항상 근육을 당겨놓는 준비가 필수로 되어야 합니다. 그리고 이 원리는 테니스 스윙을 하기 전에 만드는 준비 자세의 핵심이 되는 “Coiling”의 기반입니다. 테니스를 배우면서 “Coiling” 즉 똘똘 감는다란 뜻의 이 단어를 많이 들어 보셨을 겁니다. 이 단어가 자주 강조되는 이유는 우리의 몸은 대부분 회전 움직임(rotational movements)이기 때문에 몸을 돌리며 스윙에 필요한 근육들을 당겨 탄력성을 준비시켜놓는 과정이기 때문입니다. 준비 자세에 대해서는 다른 주제에서 더 자세히 다뤄 보겠습니다.

<Federer의 포핸드 치기 전 Coiling>

코일링을 좀 더 정확히 이해하기 위해서는 근육 활동에 대해서 이해할 필요가 있습니다. 주동근과 길항근이란 개념에 대해 집중해 보겠습니다. 쉽게 말해 주동근(agonist muscle)은 몸 부위를 당길 때 주도적으로 사용되는 근육이고 길항근(antagonist muscle)은 반대편에서 균형을 잡거나 이완되어 늘어나는 근육을 일컫는 말입니다. 예를 들어 팔꿈치를 접기 위해 이두근(biceps muscles)을 수축하면 주동근이 되고 반대편에 있는 삼두근(triceps muscles)이 길항근이 됩니다. 반대로 팔꿈치를 펴는 운동은 삼두근이 주동근이 되고 이두근이 길항근이 됩니다. 이처럼 우리의 몸은 대부분 한쪽 움직임을 대항하는 반대편 근육들이 자리 잡고 있습니다. 이 개념을 이해하면 우리는 한쪽 근육을 당겨 다른 한쪽을 늘릴 수 있다는 원리을 이용할 수 있습니다.

<Image by keystagewiki>

즉 코일링이란 스윙에 필요한 근육 반대편 근육들을 주동근으로 이용해 길항근의 탄력을 준비시켜 놓는 과정을 이야기합니다.

<주동근 vs. 길항근 위치와 회전 방향>

다음 글에서는 이 효율적으로 만들어진 힘을 발부터 시작해서 라켓까지 연결 시키는 원리를 알아보겠습니다.

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제가 테니스 블로그를 시작해 보려고 합니다. 

저는 현재 18년째 테니스를 치고 있습니다. 고등학교 때 처음 아버지에게 배우기 시작한 테니스가 어느덧 18년에 이르렀습니다. 그 동안 다양한 미디어를 통해 테니스 작동 원리에 관한 분석을 하였고 프로 선수들, 특히 Federer의 영상들을 보며 연구하고 스스로의 발전을 거치게 되었습니다. 테니스를 마주하는 동호인들의 취향은 매우 다양합니다. 그 가운데 저는 승부를 짓는 것보다 테니스의 기술적인 면을 분석하고 그것을 코트에서 실험해 보는 “과정”을 좋아합니다. 테니스를 시작하면서 스스로 많은 기술들을 하나씩 분석하여 제 것으로 만드는 과정을 거쳤고, 제게는 이 깨달음에서 오는 희열이 오랜시간 지나도 꾸준히 테니스를 치게 하는 원동력이 되었습니다. (주로 공을 효율적으로 치는 방법, 원하는 구질을 만드는 법, 정확도, 다양한 볼에 대한 대처법 등등 Federer의 기술을 연구하며 원리를 찾으려 노력해왔습니다.)

<2005 US Open Final Agassi vs. Federer, Image by Tennis.com>

<인생 처음 라이브로 본 테니스 경기. 처음으로 보게 된 Federer, 그러나 전 아버지 톨해 알게 된 Agassi를 응원했습니다>

최근 2년 정도 제 지인들에게 테니스를 가르치고 있습니다. 제가 몸으로 체득한 '느낌'을 말로 표현을 하다 보니 테니스에 대한 많은 생각들이 자연스레 정리가 되고 새로운 해석을 하게 되었습니다. 제 스스로를 위해 쌓아온 테니스 기술들이 마치 뿌연 안개에서 실루엣이 갖춰지는 느낌이 들더군요. 가르치는 과정에서 제 스스로에게도 아주 큰 배움이 되고있습니다. 저는 제 블로그에서 점점 형태를 갖춰가는 저만의 해석을 기록해 보려고 합니다.

"The ultimate test of your knowledge is your ability to convey it to another." -Richard Feynman

제 주전공은 애니메이션이고 현재 관련된 일을 하고 있습니다. 공교롭게도 테니스와 전공에 관한 공부를 비슷한 시기에 시작했고, 전공 공부에서 가장 많은 비중을 차지하는 캐릭터 공부를 통해 인체 구조와 움직임에 관해 이해를 얻게 되었습니다. 테니스와 인체라는 서로 다른 분야에서 연결 고리를 찾을 수 있었고 이십여년에 이르는 꾸준한 탐구는 두 가지가 수렴하는 하나의 열정이 되었습니다.

테니스에서 배운 동작들이 애니메이션 작업에 도움이 되었고 애니메이션에서 얻은 관찰력이 테니스 원리를 이해하는 데 도움이 되었습니다.

<Image from “Drawing from Life” by Bridgman>

저는 테니스를 잘 치기 위해 많은 정보를 분해하고 저에게 맞추어 해석하며 적용하는 과정을 수없이 반복했습니다. 지금도 저는 여전히 제가 알고 있는 것이 맞는 지 끊임 없이 돌아보며 스스로 질문하곤 합니다. “달라진 점이 있는가?” , “달라진 점이 있다면 어떻게 수정하고 보완할 것인가?”와 같은 질문을 통해 꾸준한 성장을 도모하고 있습니다.

같은 맥락으로 앞으로 제가 담을 이야기들 또한 완성된 정보라기보다는 계속하여 수정하여 빚는 찰흙과 같은 형태를 지향합니다.

그 속에서는 애니메이션과 테니스에 한정하지 않고 다른 상식과 정보들을 최대로 이용해 흥미롭게 표현해 보고자 합니다. 이미 많은 웹사이트와 유튜브에 좋은 정보와 훌륭한 레슨들이 풍족하지만 저의 배경지식을 기반으로 한 해석들이 읽는 분들에게 신선한 관점으로 다가가길 바라봅니다.

Disclaimer: 저는 테니스와 애니메이션을 하기 위해 anatomy와 다른 여러 지식들을 필요한 만큼 공부하였기에 매우 구체적인 전문 지식을 틀릴수도 있습니다. 제가 쓴 글들에 문제점이 있다면 email이나 댓글로 지적해 제 글들이 더 발전할 수 있게 도와주시면 감사하겠습니다. 또한 제가 중학교 때 미국으로 이민을 와 한국어 실력이 중학생에 머물러 있습니다. 열심히 한국어 맞춤법 검사기를 돌려가며 글을 쓰고 있습니다. 미숙한 부분이 있다면 알려주시기를 바랍니다. 감사합니다.

글 도움: Sanghyeon Park

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