2024학년도 체육 임용 기출분석: 운동역학 핵심 문항 총정리

2024학년도 중등 체육 임용시험에서 운동역학 영역은 총 3문항이 출제되었습니다.
본 글에서는 전공A 3번, 5번, 전공B 7번 문항을 중심으로, 운동학, 토크, 작용선 등 핵심 이론을 기반으로 문항을 정확히 분석하고 출제 의도를 해석합니다. 시각 자료와 함께 서술형 해설을 통해, 수험생이 출제자 관점에서 문항을 이해할 수 있도록 구성하였습니다.

 목차

• 전공A 3번 문항 해설 – 운동학 개념과 그래프 해석
• 전공A 5번 문항 해설 – 토크와 무게중심
• 전공B 7번 문항 해설 – 작용선과 물구나무서기
• 문항 요약표
• 참고문헌

 전공A 3번 문항 해설 – 운동학 개념과 그래프 해석

전공A 3번 문항은 축구 선수의 움직임 분석을 통해 운동학(Kinematics)의 핵심 개념인 ‘거리’와 ‘속력’을 이해하고, 해당 개념을 GPS 기반 측정 데이터와 연결할 수 있는지를 묻는 문항이었습니다.

문항에서는 ㉠에 들어갈 운동학 용어로 거리, ㄱ에는 속력을 선택해야 하며, 보행 그래프(그림 나)에서 운동량이 많아지는 순간을 찾아 ㄴ과 ㄷ에 해당하는 위치를 추론해야 했습니다. 단위는 m/sec로 주어졌으며, 이는 속력 = 거리 ÷ 시간 공식을 바탕으로 운동량을 측정하는 원리임을 암시합니다.

선수들이 착용하는 웨어러블 GPS 센서는 위치 정보를 바탕으로 단위 시간당 이동 거리, 즉 속력을 측정합니다. 이동 궤적의 총합은 거리로 나타나며, 이때 방향성은 고려되지 않으므로 ‘속도’가 아닌 ‘속력’이 정답입니다.

또한 그림에서 보폭이 넓고, 보행 속도가 상승하는 시점에 해당하는 번호는 ③과 ⑥으로 제시되어야 합니다.

핵심 개념: 속력은 이동 거리 ÷ 시간으로 계산되는 스칼라 개념이며, 운동학의 가장 기본적인 물리량 중 하나이다. (Hamill & Knutzen, 2015)

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전공A 5번 문항 해설 - 뉴턴의 운동법칙과 반작용

 

정답: ③ 뉴턴의 제3법칙(작용-반작용의 법칙)

문항은 그림 (가)의 제자리 점프 동작 중 [B] 팔 위로 회전 (반시계방향) 점프와 [C] 팔 아래로 회전 (시계방향) 점프에서 나타나는 차이를 설명하라는 구조다.

이러한 차이는 팔의 회전운동에 의해 생성되는 반작용 토크에 의해 신체 중심이 이동하거나 자세가 변화하는 현상으로, 이는 뉴턴의 제3법칙으로 설명된다.

 

"어떤 물체가 다른 물체에 힘을 가하면, 두 번째 물체는 첫 번째 물체에 크기는 같고 방향은 반대인 힘을 가한다." - 뉴턴 제3법칙

• 그림 (가) [B] 동작: 팔을 위로(반시계방향) 회전 → 몸통에 반작용 토크가 작용 → 하체는 시계 방향 회전 경향
• 그림 (가) [C] 동작: 팔을 아래로(시계방향) 회전 → 몸통에는 반시계방향 반작용 → 하체가 위로 더 강하게 추진

또한 그림 (나)의 밑줄 ㉡ 수직 지면 반력과 ㉢ 주동근의 수축속도 측면에서도 다음과 같은 차이가 있다.

• 수직 지면 반력(㉡): 팔을 아래로 회전시킨 [C] 자세에서 지면에 더 강한 수직 반작용력을 주어 반력(Fz)이 증가
• 주동근 수축속도(㉢): [C]자세는 빠르게 팔을 아래로 움직여야 하므로 주동근(어깨 신전근 등)의 수축속도 ↑ → 운동량 ↑

결론: 팔의 회전 방향에 따라 발생하는 반작용 토크와 지면반력의 변화는 뉴턴의 제3법칙에 의한 결과이며, 이는 수직 도약 거리와 자세 유지에도 영향을 준다.

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전공B 7번 문항 해설 - 수축 형태와 저항력 모멘트암

정답 구조: (가) 단축성 수축 → 신전, 신전 / (나) ⓑ의 저항력 모멘트암은 ⓐ보다 짧다 / (다) 알짜 토크는 반시계 방향

(가) ㉡의 수축으로 인한 관절 움직임

• 엉덩관절: 단축성 수축에 의해 신전 운동 발생
• 무릎관절: 단축성 수축에 의해 신전 운동 발생

엉덩관절 및 무릎관절의 주동근(대둔근, 대퇴사두근 등)이 단축성 수축을 하며 신전 운동을 유도한다.

(나) 저항력 모멘트암 비교

• ⓑ 자세는 무게중심이 ⓐ보다 더 아래에 위치하고 지지다리와 저항력 작용선의 수직 거리(모멘트암)가 짧음
• 따라서 ⓑ의 저항력 모멘트암이 ⓐ보다 짧다

(다) 그림 ㉢의 토크 방향

ⓑ 자세에서는 무릎이 굽혀져 있고 파이크 자세로 지지면에서의 거리도 길기 때문에 저항력 모멘트암이 증가하여 반시계 방향(+) 토크가 생성된다.

토크 = 힘 × 모멘트암
알짜 토크 방향이 반시계 → 양(+) 방향

• ⓑ 자세: 무릎 굴곡, 지지다리 구부림 → 무게중심 낮음 → 반시계방향 회전 토크 생성

결론: 운동 자세에 따른 토크 크기와 방향의 차이는 지지면과 힘 작용선 사이 거리(모멘트암)의 길이에 따라 달라지며, 이는 물체의 회전운동 방향에 직접적인 영향을 미친다.

 

핵심 개념: 작용선이 지지면을 벗어날 경우, 불균형 토크가 발생하여 자세가 무너질 수 있다. (Hall, 2015)

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 문항 요약표

문항	정답	핵심 이론	관련 개념	이론 출처
전공A 3번	㉠-거리, ㉡-①, ㉢-③	운동학	속력 = 거리 ÷ 시간	Hamill & Knutzen, 2015
전공A 5번	A-B-C, ㉠-작용 반작용의 법칙, C가 B보다 수직 지면반력이 크고 주동근의 수축속도도 빠르므로 더 높게 점프할 수 있다.	운동역학	토크 = 힘 × 거리	McGinnis, 2013
전공B 7번	ⓑ의 저항력 모멘트암이 ⓐ보다 짧다. ㉢은 양(+)방향 이다.	운동역학	작용선 / 균형 / 지지면	Hall, 2015

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참고문헌

• 박성희(2018). 『운동역학』. 라이프사이언스.
• 대한미디어(2015). 『스포츠지도사 운동역학』. 대한미디어.
• 2024학년도 중등교사 임용시험 전공A/B 기출문제. 한국교육과정평가원.