筋トレ知識 モーメントアームとトルクとは?

 

例えば、レンチでボルトを締め付けようとした際、

1.ボルトから近い位置を握りレンチを回す。
2.ボルトから遠い位置を握りレンチを回す。

どちらの方が、きつく締め付けることができるでしょうか?

モーメントアーム

回転軸と力の作用線を結んだ垂直距離は「モーメントアーム」と呼ばれており、下の写真では赤矢印がそれに該当します。なお、写真に写っている他の印は以下の通りです。

青丸:回転軸=肩関節
黄矢印:力の作用線=ダンベルの重力線
赤矢印:モーメントアーム=肩関節とダンベルの重力線を結んだ垂直距離

上の男性は、肩周りを鍛えるトレーニング種目を行っているのですが、腕を約45°持ち上げている写真左の状態(以下45°)よりも、腕を床と水平まで持ち上げている写真右の状態(以下水平)の方が、モーメントアームが長くなっているのがわかります。

モーメントアームの長さは「回転軸に生じる回転力」を決定する要因となっており、モーメントアームが長くなるほどそれも大きくなるという仕組みです。

そのため、45°よりも水平の方が、肩周りの筋群により強い刺激を与えることになります。なぜなら、モーメントアームが長くなることで回転軸である肩関節に大きな回転力が生じ、それに抵抗する筋力が必要になってくるからです。

レンチの話に戻りますが、ボルトから近い位置を握りレンチを回すのと、ボルトから遠い位置を握りレンチを回すのでは、圧倒的に後者の方がきつく締め付けることができます。モーメントアームが長くなることで、より大きな回転力がボルトに生じるためです。

 

トルク

回転軸に生じる回転力は「トルク」と呼ばれているのですが、このトルクはモーメントアームと「力」すなわち「扱う重量」との積と定義されており、

トルク=モーメントアーム×力(扱う重量)

という式が成り立ちます。

そのため、上の2枚の写真では、5kgのダンベルを持ち上げている状態(写真左)よりも、10kgのダンベルを持ち上げている状態(写真右)の方が、肩周りの筋群により強い刺激を与えることになります。

なぜなら、モーメントアームの長さが等しかったとしても、力(扱う重量)が大きいことで回転軸である肩関節に大きなトルクが生じ、それに抵抗する筋力が必要になってくるからです。

 

まとめ

・モーメントアーム:回転軸と力の作用線を結んだ垂直距離。
・トルク:回転軸に生じる回転力。モーメントアーム×力(扱う重量)。

ここでは、モーメントアームとトルクに関して記載しましたが、正直な所これらの用語を把握せずとも、トレーニングに打ち込むことは十分に可能です。むしろ、知っている人の方が少ないでしょう。

しかし、これらの用語をしっかりと把握しておけば、トレーニングに関する理解をより一層深めることができます。

上の写真は、浅くしゃがむハーフスクワットと、深くしゃがむパラレルスクワットにおける、股関節及び膝関節のモーメントアームを表したものですが、モーメントアームの長さはハーフスクワット<パラレルスクワットとなっているのがわかります(少し、見づらいかもしれませんがすいません汗)。

ハーフスクワットとパラレルスクワットでは、ハーフスクワットの方が高重量を扱えますが、その理由はモーメントアームが短くなることで、股関節及び膝関節に生じるトルクが小さいためです。

必須とは言いませんが「トレーニングに関する理解をより一層深めたい」や「トレーニングの質をより高めたい」と思われるのであれば、これらの用語を覚えておくに越したことはないでしょう。