Kinesiology & Biomechanics of Human Movement • Human Movement
Centre of Gravity
The Centre of Gravity (COG) is a fundamental biomechanical concept representing the point around which all mass of a body is equally balanced in all directions.
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1. Definitional Framework and Theoretical Foundations
According to classical biomechanical literature (e.g., Hay, Knudson, and Hall), the Centre of Gravity (COG) is defined as the theoretical point where the entire gravitational force of a body is considered to be concentrated. It is also referred to as the centre of mass when dealing with inertial properties in a uniform gravitational field.
Line of Gravity (LOG): An imaginary vertical line passing downward through the centre of gravity to the earth's surface.
Base of Support (BOS): The perimeter of the contact area between the body and the supporting surface.
Stability Principle: Stability is directly proportional to the size of the base of support, the height of the centre of gravity above the base of support, and the alignment of the line of gravity within the base of support.
In human movement, the COG is not a fixed anatomical landmark; it constantly shifts depending on body position, limb configuration, and external loads. In the standard anatomical position, the COG is typically located just anterior to the sacral vertebra S2 (approximately 55% to 57% of standing height in adult males).
Dynamic Shifts: Raising the arms shifts the COG upward, decreasing stability while facilitating rotational freedom in gymnastics or diving. Flexing the knees and crouching lowers the COG, maximizing stability in contact sports like wrestling, kabaddi, and football.
Equilibrium States: Stable equilibrium (COG rises when displaced), unstable equilibrium (COG lowers when displaced), and neutral equilibrium (COG remains at the same height when displaced).
3. Application in Sports Performance, Coaching & Pedagogy
Coaches and physical educators utilize COG principles across diverse sports disciplines:
In track and field, sprinters utilize a low COG in a 'crouch start' to maximize horizontal propulsion by ensuring the line of gravity falls forward of the base of support. In high jump (Fosbury Flop), the jumper arches their back to allow the COG to pass underneath the bar while the body mass clears it from above, demonstrating advanced body segment manipulation.
Practice Examination Questions (10 MCQs)
Select an answer to view the correct option and explanation.
Q1In the standard anatomical position, where is the human Centre of Gravity typically located?
AAnterior to the 2nd thoracic vertebra (T2)
BAnterior to the 2nd sacral vertebra (S2)
CPosterior to the 5th lumbar vertebra (L5)
DDirectly in the center of the cranial cavity
Correct Option: B (Anterior to the 2nd sacral vertebra (S2))
In standard anatomical standing position, the human Centre of Gravity is located roughly anterior to the second sacral vertebra (S2), making option B correct.
Q2Which of the following adjustments will most effectively increase an athlete's lateral stability?
ANarrowing the stance and raising the arms
BWidening the stance and lowering the centre of gravity
CRaising the centre of gravity and shifting the line of gravity outside the base
DDecreasing body mass while keeping the feet together
Correct Option: B (Widening the stance and lowering the centre of gravity)
Stability increases when the base of support is widened and the centre of gravity is lowered. Therefore, widening the stance and lowering the COG increases lateral stability.
Q3During the Fosbury Flop high jump, how is it possible for an athlete to clear a bar higher than their body's peak COG?
ABy arching the back so the body segments pass over the bar while the COG passes underneath
BBy increasing gravitational pull at the peak of flight
CThrough rapid muscular contractions that artificially elevate the COG
DBecause the COG disappears during flight phase
Correct Option: A (By arching the back so the body segments pass over the bar while the COG passes underneath)
By arching the back into a U-shape, the body mass is distributed around the bar while the actual trajectory of the COG passes underneath the bar.
Q4What happens to stability when the Line of Gravity falls outside the Base of Support?
AStability is maximized
BEquilibrium becomes neutral
CEquilibrium is lost and rotation or falling occurs
DThe COG automatically shifts back to S2
Correct Option: C (Equilibrium is lost and rotation or falling occurs)
For a body to remain stable, the line of gravity must fall within the base of support. If it moves outside, stability is lost, leading to a fall or required movement to regain balance.
Q5Which population typically has a slightly lower relative Centre of Gravity compared to height?
AAdult males
BAdult females
CTall adolescent boys
DEctomorphic runners
Correct Option: B (Adult females)
Adult females generally have a slightly lower relative centre of gravity (approx. 55% of height) than adult males (approx. 56-57%) due to a broader pelvic structure and shorter relative lower limbs.
Q6In which state of equilibrium does the Centre of Gravity remain at the exact same height when the object is displaced?
AStable equilibrium
BUnstable equilibrium
CNeutral equilibrium
DDynamic equilibrium
Correct Option: C (Neutral equilibrium)
In neutral equilibrium (such as a ball rolling on flat ground), the COG neither rises nor falls when displaced.
Q7Which factor does NOT directly influence mechanical stability?
AHeight of the Centre of Gravity
BSize of the Base of Support
CColor of the sports uniform
DPosition of the Line of Gravity relative to the Base of Support
Correct Option: C (Color of the sports uniform)
Uniform color has zero mechanical influence on stability. Height of COG, size of BOS, and position of LOG are foundational stability factors.
Q8Why do sprinters use a low crouch start in track events?
ATo keep the line of gravity well behind the starting blocks
BTo place the line of gravity forward of the base of support, facilitating rapid forward acceleration
CTo raise the COG for higher vertical jump clearance
DTo minimize wind resistance on the chest
Correct Option: B (To place the line of gravity forward of the base of support, facilitating rapid forward acceleration)
A crouch start places the line of gravity forward of the base of support, intentionally creating unstable equilibrium that converts into rapid forward propulsion.
Q9Who defines the Centre of Gravity as the point where all torques representing gravitational forces sum to zero?
AStandard Biomechanical Principles (e.g., Hall / Hay)
BSigmund Freud
CA.V. Hill
DKen Cooper
Correct Option: A (Standard Biomechanical Principles (e.g., Hall / Hay))
Biomechanical texts by authors like Hall and Hay define COG as the point around which the sum of torques of gravitational forces equals zero.
Q10In combat sports like wrestling or judo, an athlete bends their knees and spreads their feet primarily to:
ALower their Centre of Gravity and widen their Base of Support
BRaise their Centre of Gravity to attack faster
CIncrease vulnerability to sweeping techniques
DReduce total body weight
Correct Option: A (Lower their Centre of Gravity and widen their Base of Support)
Bending knees lowers the COG, and spreading feet widens the BOS, making it much harder for an opponent to execute a takedown.
किनेसियोलॉजी एवं जैव-यांत्रिकी • Human Movement
गुरुत्वाकर्षण केंद्र (Centre of Gravity - COG)
गुरुत्वाकर्षण केंद्र (COG) एक मौलिक जैव-यांत्रिक (biomechanical) अवधारणा है जो उस बिंदु का प्रतिनिधित्व करती है जिसके चारों ओर शरीर का संपूर्ण द्रव्यमान सभी दिशाओं में समान रूप से संतुलित रहता है।
यूपी टीजीटी शारीरिक शिक्षायूपी पीजीटी शारीरिक शिक्षाटीजीटी इकाई 4पीजीटी इकाई 5
1. सैद्धांतिक ढांचा और आधारभूत सिद्धांत (Definitional Framework and Theoretical Foundations)
शास्त्रीय जैव-यांत्रिक साहित्य (जैसे Hay, Knudson, और Hall) के अनुसार, गुरुत्वाकर्षण केंद्र (COG) को उस सैद्धांतिक बिंदु के रूप में परिभाषित किया गया है जहाँ शरीर का संपूर्ण गुरुत्वाकर्षण बल केंद्रित माना जाता है। एक समान गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में जड़त्वीय गुणों (inertial properties) से निपटते समय इसे द्रव्यमान केंद्र (centre of mass) भी कहा जाता है।
गुरुत्वाकर्षण रेखा (Line of Gravity - LOG): गुरुत्वाकर्षण केंद्र से पृथ्वी की सतह की ओर नीचे की ओर जाने वाली एक काल्पनिक ऊर्ध्वाधर रेखा।
आधार (Base of Support - BOS): शरीर और सहायक सतह के बीच संपर्क क्षेत्र की परिधि।
स्थिरता का सिद्धांत (Stability Principle): स्थिरता सीधे तौर पर आधार के आकार, आधार के ऊपर गुरुत्वाकर्षण केंद्र की ऊंचाई, और आधार के भीतर गुरुत्वाकर्षण रेखा के संरेखण (alignment) के समानुपाती होती है।
2. शारीरिक / जैव-यांत्रिक / व्यावहारिक सिद्धांत
मानव गति में, COG कोई निश्चित शारीरिक लैंडमार्क नहीं है; यह शरीर की स्थिति, अंगों के विन्यास और बाहरी भार के आधार पर लगातार बदलता रहता है। मानक शारीरिक स्थिति (anatomical position) में, COG आमतौर पर त्रिक कशेरुका S2 (sacral vertebra S2) के ठीक आगे स्थित होता है (वयस्क पुरुषों में खड़े होने की ऊंचाई का लगभग 55% से 57%)।
गतिशील बदलाव (Dynamic Shifts): भुजाओं को ऊपर उठाने से COG ऊपर की ओर खिसक जाता है, जिससे स्थिरता कम हो जाती है जबकि जिमनास्टिक या डाइविंग में घूर्णी स्वतंत्रता (rotational freedom) की सुविधा मिलती है। घुटनों को मोड़ना और झुकना COG को नीचे लाता है, जिससे कुश्ती, कबड्डी और फुटबॉल जैसे संपर्क खेलों में स्थिरता अधिकतम हो जाती है।
संतुलन की अवस्थाएं (Equilibrium States): स्थिर संतुलन (विस्थापित होने पर COG ऊपर उठता है), अस्थिर संतुलन (विस्थापित होने पर COG नीचे गिरता है), और तटस्थ संतुलन (विस्थापित होने पर COG समान ऊंचाई पर रहता है)।
3. खेल प्रदर्शन, कोचिंग और शिक्षाशास्त्र में अनुप्रयोग
कोच और शारीरिक शिक्षक विभिन्न खेल विषयों में COG सिद्धांतों का उपयोग करते हैं:
ट्रैक एंड फील्ड में, धावक 'क्राउच स्टार्ट' में कम COG का उपयोग करते हैं ताकि यह सुनिश्चित करके क्षैतिज प्रणोदन (horizontal propulsion) को अधिकतम किया जा सके कि गुरुत्वाकर्षण रेखा आधार के आगे गिरती है। हाई जंप (फोसबरी फ्लॉप) में, जम्पर अपनी पीठ को मोड़ते हैं ताकि COG बार के नीचे से गुजर सके जबकि शरीर का द्रव्यमान ऊपर से बार को पार कर जाए, जो उन्नत शारीरिक खंड हेरफेर (body segment manipulation) को प्रदर्शित करता है।
संतुलन की अवस्थाओं का तुलनात्मक विवरण
अवस्था
विस्थापन पर COG का व्यवहार
स्थिरता का स्तर
स्थिर संतुलन
ऊपर उठता है
उच्च
अस्थिर संतुलन
नीचे गिरता है
न्यूनतम
तटस्थ संतुलन
समान रहता है
स्थिर
स्मरण सूत्र / Mnemonic
स्थिरता का सूत्र (Stability Mnemonic)
B-L-H (Base, Line, Height)
स्थिरता बढ़ाने के लिए: Base (आधार) को चौड़ा करें, Line (गुरुत्वाकर्षण रेखा) को आधार के अंदर रखें, और Height (COG की ऊंचाई) को कम करें।
यूपी टीजीटी एवं पीजीटी हेतु मुख्य परीक्षा बिंदु
मानव शरीर का COG आमतौर पर S2 (त्रिक कशेरुका) के ठीक आगे स्थित होता है।
स्थिरता आधार (BOS) के आकार के सीधे समानुपाती होती है।
फोसबरी फ्लॉप तकनीक में COG बार के नीचे से गुजरता है।
तटस्थ संतुलन में विस्थापन के बाद COG की ऊंचाई में कोई परिवर्तन नहीं होता।
महिलाओं का COG पुरुषों की तुलना में थोड़ा नीचे होता है (चौड़ी पेल्विक संरचना के कारण)।
क्राउच स्टार्ट में गुरुत्वाकर्षण रेखा को आधार के आगे रखकर गति प्राप्त की जाती है।
सामान्य भ्रांतियां एवं परीक्षा के जाल (Exam Traps)
भ्रांति 1: यह सोचना कि COG शरीर के अंदर एक निश्चित बिंदु है। सत्य: यह शरीर की स्थिति के साथ बदलता रहता है।
भ्रांति 2: यह मानना कि उच्च COG हमेशा बेहतर होता है। सत्य: खेल में स्थिरता के लिए अक्सर निम्न COG की आवश्यकता होती है।
अभ्यास परीक्षा प्रश्न (10 बहुविकल्पीय प्रश्न)
अपनी अवधारणात्मक समझ का परीक्षण करें। उत्तर चुनें और विस्तृत शैक्षणिक व्याख्या देखें।
प्रश्न 1मानक शारीरिक स्थिति में, मानव गुरुत्वाकर्षण केंद्र आमतौर पर कहाँ स्थित होता है?
कदूसरी वक्ष कशेरुका (T2) के आगे
खदूसरी त्रिक कशेरुका (S2) के आगे
गपांचवीं काठ कशेरुका (L5) के पीछे
घकपाल गुहा के केंद्र में
सही उत्तर: विकल्प ख (दूसरी त्रिक कशेरुका (S2) के आगे)
मानक खड़े होने की स्थिति में, मानव गुरुत्वाकर्षण केंद्र दूसरी त्रिक कशेरुका (S2) के ठीक आगे स्थित होता है।
प्रश्न 2निम्नलिखित में से कौन सा समायोजन एथलीट की पार्श्व स्थिरता (lateral stability) को सबसे प्रभावी ढंग से बढ़ाएगा?
करुख संकरा करना और भुजाएं उठाना
खरुख चौड़ा करना और गुरुत्वाकर्षण केंद्र को नीचे करना
गगुरुत्वाकर्षण केंद्र को ऊपर उठाना और रेखा को आधार से बाहर करना
घपैरों को एक साथ रखकर शरीर का द्रव्यमान कम करना
सही उत्तर: विकल्प ख (रुख चौड़ा करना और गुरुत्वाकर्षण केंद्र को नीचे करना)
स्थिरता तब बढ़ती है जब आधार चौड़ा होता है और गुरुत्वाकर्षण केंद्र नीचे होता है।
प्रश्न 3फोसबरी फ्लॉप हाई जंप के दौरान, एथलीट के लिए अपने शरीर के चरम COG से ऊंचे बार को पार करना कैसे संभव है?
कपीठ को मोड़कर ताकि शरीर के खंड बार के ऊपर से गुजरें और COG नीचे से
खउड़ान के चरम पर गुरुत्वाकर्षण खिंचाव बढ़ाकर
गतेजी से मांसपेशियों के संकुचन द्वारा
घक्योंकि उड़ान चरण के दौरान COG गायब हो जाता है
सही उत्तर: विकल्प क (पीठ को मोड़कर ताकि शरीर के खंड बार के ऊपर से गुजरें और COG नीचे से)
पीठ को U-आकार में मोड़ने से, शरीर का द्रव्यमान बार के चारों ओर वितरित हो जाता है जबकि COG का प्रक्षेपवक्र बार के नीचे से गुजरता है।
प्रश्न 4जब गुरुत्वाकर्षण रेखा आधार के बाहर गिरती है तो स्थिरता का क्या होता है?
कस्थिरता अधिकतम हो जाती है
खसंतुलन तटस्थ हो जाता है
गसंतुलन खो जाता है और घूर्णन या गिरना होता है
घCOG स्वचालित रूप से S2 पर वापस आ जाता है
सही उत्तर: विकल्प ग (संतुलन खो जाता है और घूर्णन या गिरना होता है)
स्थिर रहने के लिए, गुरुत्वाकर्षण रेखा का आधार के भीतर होना आवश्यक है। बाहर जाने पर संतुलन खो जाता है।
प्रश्न 5किस जनसंख्या का गुरुत्वाकर्षण केंद्र ऊंचाई की तुलना में थोड़ा कम होता है?
कवयस्क पुरुष
खवयस्क महिलाएं
गलंबे किशोर लड़के
घएक्टोमोर्फिक धावक
सही उत्तर: विकल्प ख (वयस्क महिलाएं)
वयस्क महिलाओं में व्यापक पेल्विक संरचना के कारण पुरुषों की तुलना में COG थोड़ा नीचे होता है।
प्रश्न 6संतुलन की किस अवस्था में वस्तु को विस्थापित करने पर गुरुत्वाकर्षण केंद्र समान ऊंचाई पर रहता है?
कस्थिर संतुलन
खअस्थिर संतुलन
गतटस्थ संतुलन
घगतिशील संतुलन
सही उत्तर: विकल्प ग (तटस्थ संतुलन)
तटस्थ संतुलन में, विस्थापित होने पर COG न तो ऊपर उठता है और न ही नीचे गिरता है।
प्रश्न 7कौन सा कारक यांत्रिक स्थिरता को सीधे प्रभावित नहीं करता है?
कगुरुत्वाकर्षण केंद्र की ऊंचाई
खआधार का आकार
गखेल की वर्दी का रंग
घआधार के सापेक्ष गुरुत्वाकर्षण रेखा की स्थिति
सही उत्तर: विकल्प ग (खेल की वर्दी का रंग)
वर्दी का रंग स्थिरता पर कोई यांत्रिक प्रभाव नहीं डालता है।
प्रश्न 8धावक ट्रैक इवेंट में कम क्राउच स्टार्ट का उपयोग क्यों करते हैं?
कगुरुत्वाकर्षण रेखा को शुरुआती ब्लॉक के पीछे रखने के लिए
खगुरुत्वाकर्षण रेखा को आधार के आगे रखकर तेजी से आगे बढ़ने के लिए
गऊंची छलांग के लिए COG बढ़ाने के लिए
घछाती पर हवा का प्रतिरोध कम करने के लिए
सही उत्तर: विकल्प ख (गुरुत्वाकर्षण रेखा को आधार के आगे रखकर तेजी से आगे बढ़ने के लिए)
क्राउच स्टार्ट गुरुत्वाकर्षण रेखा को आधार के आगे रखता है, जिससे अस्थिर संतुलन बनता है जो आगे की ओर प्रणोदन में बदल जाता है।
प्रश्न 9गुरुत्वाकर्षण केंद्र को उस बिंदु के रूप में कौन परिभाषित करता है जहाँ गुरुत्वाकर्षण बलों का योग शून्य होता है?
कमानक जैव-यांत्रिक सिद्धांत (जैसे Hall / Hay)
खसिगमंड फ्रायड
गए.वी. हिल
घकेन कूपर
सही उत्तर: विकल्प क (मानक जैव-यांत्रिक सिद्धांत (जैसे Hall / Hay))
हॉल और हे जैसे लेखकों के जैव-यांत्रिक ग्रंथों में COG को उस बिंदु के रूप में परिभाषित किया गया है जिसके चारों ओर गुरुत्वाकर्षण बलों का योग शून्य होता है।
प्रश्न 10कुश्ती या जूडो जैसे खेलों में, एथलीट अपने घुटने मोड़ते हैं और पैर फैलाते हैं, मुख्य रूप से:
कअपने गुरुत्वाकर्षण केंद्र को नीचे करने और आधार को चौड़ा करने के लिए
खतेजी से हमला करने के लिए COG बढ़ाने के लिए
गस्वीपिंग तकनीकों के प्रति भेद्यता बढ़ाने के लिए
घकुल शरीर का वजन कम करने के लिए
सही उत्तर: विकल्प क (अपने गुरुत्वाकर्षण केंद्र को नीचे करने और आधार को चौड़ा करने के लिए)
घुटने मोड़ने से COG नीचे आता है और पैर फैलाने से आधार चौड़ा होता है, जिससे प्रतिद्वंद्वी के लिए टेकडाउन करना कठिन हो जाता है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQs)
क्या COG को शरीर के बाहर स्थित किया जा सकता है?
हाँ, शरीर की स्थिति (जैसे हाई जंप में पीठ मोड़ना) के आधार पर COG शरीर के बाहर भी हो सकता है।
स्थिरता और संतुलन में क्या अंतर है?
स्थिरता वह क्षमता है जिससे शरीर विस्थापन का विरोध करता है, जबकि संतुलन वह स्थिति है जहाँ गुरुत्वाकर्षण रेखा आधार के भीतर रहती है।
क्या भारी वजन वाले एथलीट अधिक स्थिर होते हैं?
जरूरी नहीं; स्थिरता आधार के आकार और COG की ऊंचाई पर निर्भर करती है, न कि केवल वजन पर।
UP TGT परीक्षा के लिए COG का सबसे महत्वपूर्ण पहलू क्या है?
COG, आधार (BOS) और गुरुत्वाकर्षण रेखा (LOG) के बीच का अंतर्संबंध सबसे महत्वपूर्ण है।