Kinesiology & Biomechanics of Human Movement • Mechanical Basis of Movement
Pulling & Pushing
The biomechanics of pulling and pushing actions form the mechanical foundation of linear and angular human motion in sports, governing force application, line of action, and torque generation.
UP TGT Physical EducationUP PGT Physical EducationPGT Unit 5
1. Definitional Framework and Theoretical Foundations
In kinesiology and biomechanics, pushing and pulling represent the two fundamental ways skeletal muscles apply force to the external environment or to body segments. According to classic biomechanists such as James G. Hay and Susan J. Hall, a pushing action involves moving an object or body segment away from the center of gravity or the origin of force application through concentric muscle contraction and extensor chain activation. Conversely, a pulling action involves drawing an object or segment toward the body's center of mass or point of attachment using flexor chains.
Line of Action: The infinite straight line along which a force acts; in pushing, the force vector points away from the body, whereas in pulling, it points toward the body.
Newton's Third Law of Motion: Every push or pull exerts an equal and opposite reaction force on the performer (Action-Reaction principle), dictating friction requirements during ground contact.
Torque and Lever Systems: Both actions create rotational force (torque) around joint axes, classified primarily into third-class levers (speed/range of motion) and second-class levers (force production).
The mechanical efficiency of pushing and pulling depends heavily on the angle of pull (the angle between the tendon and the bone), muscle fiber recruitment patterns, and friction coefficients.
Angle of Pull: Maximum mechanical advantage occurs when the angle of pull approaches 90 degrees. In pushing (e.g., chest pass in basketball), joint angles must optimize the stretch-shortening cycle (SSC) of the pectoralis major and triceps brachii. In pulling (e.g., rowing or a tug-of-war), latissimus dorsi and biceps brachii work through optimal physiological cross-sectional area (PCSA).
Friction and Ground Reaction Forces (GRF): When pushing a heavy object (e.g., blocking in American football or pushing a sled), the performer must lower their center of gravity to increase horizontal GRF and overcome static friction (F_s = \mu_s \cdot N). In pulling, the angle of the pull must balance vertical lifting components with horizontal displacement vectors to prevent unnecessary normal force reduction.
Kinematic Chains: Pushing predominantly utilizes open and closed kinematic kinetic chains emphasizing extension (e.g., push-ups, shot put release), while pulling heavily incorporates closed-loop scapular retraction and spinal stabilization (e.g., pull-ups, discus preparatory sweep).
3. Application in Sports Performance, Coaching & Pedagogy
Coaches utilize the principles of pushing and pulling to structure resistance training, athletic conditioning, and movement rehabilitation. A balanced training macrocycle must maintain an optimal push-to-pull strength ratio (typically 1:1 or favor pulling in overhead athletes to prevent shoulder impingement syndromes).
In track and field events like the shot put, the glide or rotational phase transitions into a powerful explosive push. In combat sports (wrestling, judo), kuzushi (unbalancing the opponent) relies entirely on coordinated pulling and pushing couples to rotate the opponent's center of gravity outside their base of support.
Practice Examination Questions (10 MCQs)
Select an answer to view the correct option and explanation.
Q1Which of the following muscle groups is primarily engaged during a standard biomechanical pulling action in the upper body?
APectoralis major and anterior deltoids
BLatissimus dorsi and rhomboids
CQuadriceps and gastrocnemius
DRectus abdominis and hip flexors
Correct Option: B (Latissimus dorsi and rhomboids)
Pulling actions predominantly engage the posterior upper body chain, specifically the latissimus dorsi, rhomboids, and trapezius, which perform scapular retraction and shoulder extension. Option A represents pushing muscles, and C/D represent lower body and core groups.
Q2At what approximate angle of pull does a skeletal muscle achieve its maximum mechanical advantage for torque production around a joint axis?
A0 degrees
B45 degrees
C90 degrees
D180 degrees
Correct Option: C (90 degrees)
Maximum mechanical advantage and torque are generated when the angle of pull is 90 degrees, because the perpendicular distance (moment arm) from the joint axis to the line of force is at its maximum.
Q3In the context of biomechanics, which Newton's law primarily dictates the interaction between a sprinter's starting blocks and their pushing force?
ANewton's First Law of Inertia
BNewton's Second Law of Acceleration
CNewton's Third Law of Action-Reaction
DLaw of Universal Gravitation
Correct Option: C (Newton's Third Law of Action-Reaction)
Newton's Third Law states that for every action there is an equal and opposite reaction. When an athlete pushes backward against the starting blocks, the blocks push forward on the athlete with equal force.
Q4When an athlete pushes a heavy blocking sled across a turf field, which frictional force must initially be overcome to start the movement?
AKinetic friction
BStatic friction
CRolling friction
DFluid friction
Correct Option: B (Static friction)
Static friction is the frictional force that resists the initial movement of a stationary object. Once the object is in motion, kinetic (sliding) friction takes over, which is typically lower in magnitude.
Q5Which sporting movement is classified primarily as an explosive pushing action utilizing the entire kinetic chain?
ARock climbing grip
BShot put delivery phase
CPull-up exercise
DRowing catch phase
Correct Option: B (Shot put delivery phase)
The shot put delivery is a textbook explosive pushing movement, transferring force sequentially from the legs, hips, torso, and finally extending the arm away from the body.
Q6From a kinesiological perspective, pushing exercises like the bench press primarily emphasize which class of lever in the upper extremity?
AFirst-class lever
BSecond-class lever
CThird-class lever
DZero-class lever
Correct Option: C (Third-class lever)
Most human musculoskeletal levers are third-class levers, where the muscular effort is applied between the fulcrum (joint axis) and the resistance, prioritizing speed and range of motion over raw force advantage.
Q7Why do strength coaches recommend maintaining a balanced ratio between pushing and pulling exercises in training programs?
ATo prevent joint imbalances and chronic postural distortions like rounded shoulders
BTo exclusively increase maximum running speed
CTo decrease flexibility in the shoulder girdle
DTo eliminate the need for cardiovascular endurance
Correct Option: A (To prevent joint imbalances and chronic postural distortions like rounded shoulders)
An overemphasis on pushing exercises without adequate pulling leads to muscular imbalances, scapular dyskinesis, and postural abnormalities such as hyperkyphosis and rounded shoulders.
Q8In wrestling or judo, executing a 'throw' by pulling the opponent toward oneself relies heavily on altering what biomechanical property of the opponent?
AMomentum of inertia
BCenter of gravity relative to their base of support
CCoefficient of restitution
DSpecific gravity
Correct Option: B (Center of gravity relative to their base of support)
In grappling sports, pulling and pushing couples (kuzushi) are used to shift an opponent's center of gravity outside of their base of support, causing them to lose balance.
Q9What is the primary effect of lowering one's center of gravity when executing a heavy push or pull?
AIncreases instability and likelihood of falling
BEnhances stability and increases the horizontal component of ground reaction force
CDecreases muscular recruitment in the legs
DMaximizes air resistance
Correct Option: B (Enhances stability and increases the horizontal component of ground reaction force)
Lowering the center of gravity broadens stability and allows the force vector to be applied at a more horizontal angle, increasing the effective force applied against heavy resistance.
Q10Which of the following correctly pairs the movement type with its primary prime mover muscle in the upper body?
APushing - Biceps Brachii
BPulling - Triceps Brachii
CPushing - Pectoralis Major
DPulling - Anterior Deltoid
Correct Option: C (Pushing - Pectoralis Major)
The pectoralis major is a prime mover in horizontal pushing actions (like a bench press or push-up). Biceps and triceps are incorrectly paired with pushing and pulling respectively in options A and B.
किनेसियोलॉजी एवं जैव-यांत्रिकी • Mechanical Basis of Movement
खींचना और धकेलना (Pulling & Pushing)
खींचने और धकेलने की क्रियाओं का जैव-यांत्रिकी (Biomechanics) खेलों में मानवीय रैखिक (linear) और कोणीय (angular) गति का यांत्रिक आधार बनाता है, जो बल अनुप्रयोग, क्रिया की रेखा (line of action) और टॉर्क (torque) उत्पादन को नियंत्रित करता है।
यूपी टीजीटी शारीरिक शिक्षायूपी पीजीटी शारीरिक शिक्षापीजीटी इकाई 5
1. सैद्धांतिक आधार एवं शास्त्रीय परिभाषाएं (Definitional Framework)
काइन्सियोलॉजी (Kinesiology) और जैव-यांत्रिकी में, धकेलना (pushing) और खींचना (pulling) वे दो मूलभूत तरीके हैं जिनसे कंकाल मांसपेशियां बाहरी वातावरण या शरीर के अंगों पर बल लगाती हैं। जेम्स जी. हे (James G. Hay) और सुसान जे. हॉल (Susan J. Hall) जैसे क्लासिक जैव-यांत्रिकी विशेषज्ञों के अनुसार, धकेलने की क्रिया में किसी वस्तु या शरीर के अंग को संकेंद्रित मांसपेशी संकुचन (concentric muscle contraction) और एक्सटेंसर चेन सक्रियण के माध्यम से गुरुत्वाकर्षण केंद्र या बल अनुप्रयोग के मूल से दूर ले जाना शामिल है। इसके विपरीत, खींचने की क्रिया में फ्लेक्सर चेन का उपयोग करके किसी वस्तु या अंग को शरीर के द्रव्यमान केंद्र (center of mass) या लगाव बिंदु की ओर खींचना शामिल है।
क्रिया की रेखा (Line of Action): वह अनंत सीधी रेखा जिस पर बल कार्य करता है; धकेलने में, बल सदिश (force vector) शरीर से दूर इंगित करता है, जबकि खींचने में, यह शरीर की ओर इंगित करता है।
न्यूटन का गति का तीसरा नियम (Newton's Third Law of Motion): प्रत्येक धकेलने या खींचने की क्रिया प्रदर्शनकर्ता पर समान और विपरीत प्रतिक्रिया बल लगाती है (क्रिया-प्रतिक्रिया सिद्धांत), जो जमीन के संपर्क के दौरान घर्षण आवश्यकताओं को निर्धारित करता है।
टॉर्क और लीवर सिस्टम (Torque and Lever Systems): दोनों क्रियाएं संयुक्त अक्षों के चारों ओर घूर्णी बल (टॉर्क) बनाती हैं, जिन्हें मुख्य रूप से तृतीय-श्रेणी के लीवर (गति/गति की सीमा) और द्वितीय-श्रेणी के लीवर (बल उत्पादन) में वर्गीकृत किया जाता है।
2. शारीरिक एवं जैव-यांत्रिकीय सिद्धांत तथा मापन तकनीकें
धकेलने और खींचने की यांत्रिक दक्षता खींचने के कोण (टेंडन और हड्डी के बीच का कोण), मांसपेशी फाइबर भर्ती पैटर्न और घर्षण गुणांक पर बहुत अधिक निर्भर करती है।
खींचने का कोण (Angle of Pull): अधिकतम यांत्रिक लाभ तब होता है जब खींचने का कोण 90 डिग्री के करीब पहुंचता है। धकेलने में (जैसे, बास्केटबॉल में चेस्ट पास), संयुक्त कोणों को पेक्टोरलिस मेजर (pectoralis major) और ट्राइसेप्स ब्रेकाई (triceps brachii) के स्ट्रेच-शॉर्टनिंग चक्र (SSC) को अनुकूलित करना चाहिए। खींचने में (जैसे, रोइंग या टग-ऑफ-वार), लैटिसिमस डोर्सी (latissimus dorsi) और बाइसेप्स ब्रेकाई (biceps brachii) इष्टतम शारीरिक क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (PCSA) के माध्यम से कार्य करते हैं।
घर्षण और ग्राउंड रिएक्शन फोर्स (GRF): किसी भारी वस्तु को धकेलते समय (जैसे, अमेरिकन फुटबॉल में ब्लॉकिंग या स्लेज को धकेलना), प्रदर्शनकर्ता को क्षैतिज GRF बढ़ाने और स्थैतिक घर्षण (F_s = \mu_s \cdot N) को दूर करने के लिए अपने गुरुत्वाकर्षण केंद्र को नीचे करना चाहिए। खींचने में, खींचने के कोण को अनावश्यक सामान्य बल (normal force) में कमी को रोकने के लिए ऊर्ध्वाधर उठाने वाले घटकों को क्षैतिज विस्थापन वैक्टर के साथ संतुलित करना चाहिए।
किनेमैटिक चेन (Kinematic Chains): धकेलना मुख्य रूप से ओपन और क्लोज्ड किनेमैटिक चेन का उपयोग करता है जो विस्तार (extension) पर जोर देता है (जैसे, पुश-अप्स, शॉट पुट रिलीज), जबकि खींचना भारी रूप से क्लोज्ड-लूप स्कैपुलर रिट्रैक्शन और स्पाइनल स्टेबलाइजेशन को शामिल करता है (जैसे, पुल-अप्स, डिस्कस तैयारी स्वीप)।
3. खेल प्रदर्शन, कोचिंग एवं शिक्षण में अनुप्रयोग
कोच प्रतिरोध प्रशिक्षण, एथलेटिक कंडीशनिंग और मूवमेंट रिहैबिलिटेशन को संरचित करने के लिए धकेलने और खींचने के सिद्धांतों का उपयोग करते हैं। एक संतुलित प्रशिक्षण मैक्रोसाइकिल को धकेलने-से-खींचने के शक्ति अनुपात (आमतौर पर 1:1) को बनाए रखना चाहिए या ओवरहेड एथलीटों में खींचने की क्रिया को प्राथमिकता देनी चाहिए ताकि कंधे के इम्पिंगमेंट सिंड्रोम को रोका जा सके।
शॉट पुट जैसे ट्रैक और फील्ड इवेंट्स में, ग्लाइड या रोटेशनल चरण एक शक्तिशाली विस्फोटक धकेलने की क्रिया में परिवर्तित हो जाता है। कॉम्बैट स्पोर्ट्स (कुश्ती, जूडो) में, कुज़ुशी (प्रतिद्वंद्वी का संतुलन बिगाड़ना) पूरी तरह से समन्वित खींचने और धकेलने के जोड़ों पर निर्भर करता है ताकि प्रतिद्वंद्वी के गुरुत्वाकर्षण केंद्र को उनके समर्थन आधार से बाहर घुमाया जा सके।
धकेलने बनाम खींचने की क्रियाओं का तुलनात्मक विश्लेषण
PUSH के लिए: धकेलते समय शरीर को ऊपर उठाएं (Push Up), कोर को स्थिर करें (Stabilize) और बल को क्षैतिज (Horizontal) रखें। PULL के लिए: खींचते समय शरीर को नीचे रखें (Under), लैट्स (Lat) का उपयोग करें और लीवर (Leverage) का लाभ उठाएं।
यूपी टीजीटी एवं पीजीटी हेतु मुख्य परीक्षा बिंदु
अधिकतम टॉर्क तब उत्पन्न होता है जब खींचने का कोण 90 डिग्री होता है।
न्यूटन का तीसरा नियम (क्रिया-प्रतिक्रिया) धकेलने और खींचने की क्रियाओं का आधार है।
स्थैतिक घर्षण (Static Friction) को पार करना किसी भारी वस्तु को गति देने के लिए सबसे कठिन चरण है।
शॉट पुट में 'डिलीवरी फेज' एक विस्फोटक धकेलने वाली क्रिया है।
असंतुलित प्रशिक्षण (धकेलने पर अधिक जोर) से 'राउंडेड शोल्डर' जैसी विकृतियां हो सकती हैं।
कुश्ती में 'कुज़ुशी' का अर्थ प्रतिद्वंद्वी के गुरुत्वाकर्षण केंद्र को उनके आधार से बाहर करना है।
सामान्य भ्रांतियां एवं परीक्षा के जाल (Exam Traps)
भ्रांति 1: यह सोचना कि धकेलने में केवल हाथ शामिल हैं; वास्तव में, यह पूरी किनेमैटिक चेन (पैरों से लेकर हाथों तक) का उपयोग करता है।
भ्रांति 2: यह मानना कि खींचने का कोण हमेशा 45 डिग्री पर प्रभावी होता है; वैज्ञानिक रूप से 90 डिग्री पर यांत्रिक लाभ अधिकतम होता है।
अभ्यास परीक्षा प्रश्न (10 बहुविकल्पीय प्रश्न)
अपनी अवधारणात्मक समझ का परीक्षण करें। उत्तर चुनें और विस्तृत शैक्षणिक व्याख्या देखें।
प्रश्न 1ऊपरी शरीर में मानक जैव-यांत्रिक खींचने की क्रिया के दौरान मुख्य रूप से कौन सा मांसपेशी समूह सक्रिय होता है?
कपेक्टोरलिस मेजर और एंटीरियर डेल्टोइड्स
खलैटिसिमस डोर्सी और रॉमबॉइड्स
गक्वाड्रिसेप्स और गैस्ट्रोक्नेमियस
घरेक्टस एब्डोमिनिस और हिप फ्लेक्सर्स
सही उत्तर: विकल्प ख (लैटिसिमस डोर्सी और रॉमबॉइड्स)
खींचने की क्रियाएं मुख्य रूप से ऊपरी शरीर की पिछली श्रृंखला को संलग्न करती हैं, विशेष रूप से लैटिसिमस डोर्सी और रॉमबॉइड्स, जो स्कैपुलर रिट्रैक्शन करते हैं।
प्रश्न 2संयुक्त अक्ष के चारों ओर टॉर्क उत्पादन के लिए एक कंकाल मांसपेशी किस कोण पर अधिकतम यांत्रिक लाभ प्राप्त करती है?
क0 डिग्री
ख45 डिग्री
ग90 डिग्री
घ180 डिग्री
सही उत्तर: विकल्प ग (90 डिग्री)
अधिकतम यांत्रिक लाभ तब होता है जब बल की रेखा और लीवर आर्म के बीच का कोण 90 डिग्री होता है।
प्रश्न 3स्प्रिंटर के स्टार्टिंग ब्लॉक और उनके धकेलने वाले बल के बीच की बातचीत को कौन सा नियम नियंत्रित करता है?
कन्यूटन का जड़त्व का नियम
खन्यूटन का त्वरण का नियम
गन्यूटन का क्रिया-प्रतिक्रिया का नियम
घसार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम
सही उत्तर: विकल्प ग (न्यूटन का क्रिया-प्रतिक्रिया का नियम)
न्यूटन का तीसरा नियम बताता है कि प्रत्येक क्रिया की समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।
प्रश्न 4भारी स्लेज को धकेलना शुरू करने के लिए किस घर्षण बल को पार करना आवश्यक है?
कगतिज घर्षण
खस्थैतिक घर्षण
गलोटनिक घर्षण
घद्रव घर्षण
सही उत्तर: विकल्प ख (स्थैतिक घर्षण)
स्थैतिक घर्षण वह बल है जो स्थिर वस्तु की प्रारंभिक गति का विरोध करता है।
प्रश्न 5कौन सी खेल गतिविधि पूरी किनेमैटिक चेन का उपयोग करने वाली एक विस्फोटक धकेलने वाली क्रिया है?
करॉक क्लाइम्बिंग ग्रिप
खशॉट पुट डिलीवरी फेज
गपुल-अप एक्सरसाइज
घरोइंग कैच फेज
सही उत्तर: विकल्प ख (शॉट पुट डिलीवरी फेज)
शॉट पुट डिलीवरी पैरों से हाथों तक बल का अनुक्रमिक हस्तांतरण है, जो एक धकेलने वाली क्रिया है।
प्रश्न 6बेंच प्रेस जैसे धकेलने वाले व्यायाम ऊपरी छोर में किस प्रकार के लीवर पर जोर देते हैं?
कप्रथम श्रेणी लीवर
खद्वितीय श्रेणी लीवर
गतृतीय श्रेणी लीवर
घशून्य श्रेणी लीवर
सही उत्तर: विकल्प ग (तृतीय श्रेणी लीवर)
मानव मस्कुलोस्केलेटल लीवर अधिकांशतः तृतीय श्रेणी के होते हैं, जो गति और रेंज ऑफ मोशन को प्राथमिकता देते हैं।
प्रश्न 7प्रशिक्षण कार्यक्रमों में धकेलने और खींचने के व्यायामों के बीच संतुलित अनुपात क्यों आवश्यक है?
कसंयुक्त असंतुलन और राउंडेड शोल्डर जैसी विकृतियों को रोकने के लिए
खअधिकतम दौड़ने की गति बढ़ाने के लिए
गकंधे की लचीलापन कम करने के लिए
घकार्डियोवैस्कुलर सहनशक्ति की आवश्यकता को समाप्त करने के लिए
सही उत्तर: विकल्प क (संयुक्त असंतुलन और राउंडेड शोल्डर जैसी विकृतियों को रोकने के लिए)
असंतुलन से स्कैपुलर डिस्किनेसिस और हाइपरकाइफोसिस जैसी postural समस्याएं हो सकती हैं।
प्रश्न 8कुश्ती में प्रतिद्वंद्वी को खींचकर 'थ्रो' करना उनकी किस जैव-यांत्रिक संपत्ति को बदलने पर निर्भर करता है?
कजड़त्व आघूर्ण
खसमर्थन आधार के सापेक्ष गुरुत्वाकर्षण केंद्र
गप्रत्यावर्तन गुणांक
घविशिष्ट गुरुत्व
सही उत्तर: विकल्प ख (समर्थन आधार के सापेक्ष गुरुत्वाकर्षण केंद्र)
खींचने से प्रतिद्वंद्वी का गुरुत्वाकर्षण केंद्र उनके आधार से बाहर हो जाता है, जिससे वे संतुलन खो देते हैं।
प्रश्न 9भारी धकेलने या खींचने की क्रिया करते समय गुरुत्वाकर्षण केंद्र को नीचे करने का मुख्य प्रभाव क्या है?
कअस्थिरता बढ़ाता है
खस्थिरता बढ़ाता है और क्षैतिज बल घटक को बढ़ाता है
गपैरों में मांसपेशियों की भर्ती कम करता है
घहवा के प्रतिरोध को अधिकतम करता है
सही उत्तर: विकल्प ख (स्थिरता बढ़ाता है और क्षैतिज बल घटक को बढ़ाता है)
गुरुत्वाकर्षण केंद्र को नीचे करने से स्थिरता बढ़ती है और बल सदिश को अधिक प्रभावी कोण पर लागू किया जा सकता है।
प्रश्न 10ऊपरी शरीर में धकेलने की क्रिया और उसके प्रमुख मांसपेशी का सही युग्म कौन सा है?
कधकेलना - बाइसेप्स ब्रेकाई
खखींचना - ट्राइसेप्स ब्रेकाई
गधकेलना - पेक्टोरलिस मेजर
घखींचना - एंटीरियर डेल्टोइड
सही उत्तर: विकल्प ग (धकेलना - पेक्टोरलिस मेजर)
पेक्टोरलिस मेजर क्षैतिज धकेलने वाली क्रियाओं (जैसे बेंच प्रेस) में एक प्रमुख मूवर है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQs)
धकेलने और खींचने के व्यायामों का आदर्श अनुपात क्या है?
आमतौर पर 1:1 का अनुपात अनुशंसित है, लेकिन कंधे के स्वास्थ्य के लिए खींचने वाले व्यायामों को थोड़ा अधिक महत्व देना फायदेमंद हो सकता है।
क्या खींचने का कोण प्रदर्शन को प्रभावित करता है?
हाँ, 90 डिग्री के करीब का कोण अधिकतम टॉर्क और यांत्रिक लाभ प्रदान करता है।
शॉट पुट में धकेलने की क्रिया का क्या महत्व है?
यह पैरों से उत्पन्न बल को पूरे शरीर के माध्यम से स्थानांतरित करके वस्तु को अधिकतम वेग के साथ छोड़ने में मदद करता है।
स्थैतिक घर्षण को कैसे कम किया जा सकता है?
गुरुत्वाकर्षण केंद्र को नीचे करके और बल के कोण को अनुकूलित करके, हम प्रभावी रूप से घर्षण को पार कर सकते हैं।