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운동화에도 과학이 숨어있다?
스포츠에 숨겨진 과학 이야기2015/08/24by 현대위아

이 기사만 읽어도 최소 물리, 화학 A+!
스포츠를 통한 과학 읽기

여러분! 운동도 머리가 좋아야 잘한답니다
l 여러분! 운동도 머리가 좋아야 잘한답니다



과학. 이름만 들어도 현기증 나는 마력을 가진 학문이죠. 학창시절, 눈 앞에 펼쳐진 주기율표와 2CH₄OH +3CO₂→ 2CO₂+4H₂O라는 이해할 수 없는 진리 앞에서 저는 미련 없이 과학과 이별했습니다. 가까이하기엔 너무 먼 과학이지만, 재미있는 스포츠와 함께라면 조금 쉽게 이해할 수 있을지도 모릅니다. (정말…?) 선수들이 입는 경기복과 신발, 페어플레이를 위한 도핑테스트와 오심 방지 기술까지. 우리가 미처 몰랐던 스포츠 속 숨은 과학들을 파헤쳐 보아요.



다 같은 신발이 아니야, 종목마다 다른 육상선수들의 신발

과학적으로 설계된 운동화와 함께라면 나도 우싸인 볼트지
l 과학적으로 설계된 운동화와 함께라면 나도 우싸인 볼트지

운동선수가 종목마다 각기 다른 신발을 착용한다는 사실, 알고 계시나요? 마라톤 선수의 신발은 과학의 결정체입니다. 마라톤화는 42.195㎞라는 먼 거리를 최대한 쉽고 빠르게 달릴 수 있도록 설계됩니다. 운동화를 신었는지 모를 정도로 가벼운 무게는 기본이고 발에 미치는 충격을 최소화하도록 설계됩니다. 또 선수들의 발 모양과 땀 분비 정도를 고려해 발의 피로도를 최대한 없애기도 하죠.

단거리 선수들의 신발은 운동능력을 극도로 끌어올리는 데 초점을 맞춥니다. 지면과 접지 시간을 줄이기 위해 밑바닥은 아주 단단한 플라스틱 소재로 만들어지는데, 발이 닿자마자 튕겨 나올 정도입니다. 또 ‘징’이라고도 불리는 스터드가 탄력을 최대한 끌어 올리기 위해 발의 앞부분에만 집중적으로 박혀 있습니다.

같은 러닝화라도 단거리, 중장거리, 장거리에 따라 적용된 기술이 다르다는 사실!
l 같은 러닝화라도 단거리, 중장거리, 장거리에 따라 적용된 기술이 다르다는 사실!

포환이나 원반, 해머 던지기 등의 투척 경기에 나서는 선수들의 신발은 짝짝이입니다. 원운동을 하다가 직선운동으로 바꿔야 하는 종목의 특성상 왼쪽과 오른쪽 신발의 밑바닥 모양이 다른 것이죠. 원운동을 할 때 축이 되는 쪽 발의 밑바닥은 회전할 때 저항을 줄이기 위해 무늬를 거의 넣지 않고, 원운동에 가속을 가하는 발의 신발 밑바닥은 접지력을 키우기 위해 요철 모양으로 만들어져 있습니다.



받아라, 내 W=R x V! 탁구 속에 숨어 있는 과학 원리

탁구에도 뉴턴의 법칙이 적용되다니, 아아… 놀라워라
l 탁구에도 뉴턴의 법칙이 적용되다니, 아아… 놀라워라

탁구를 할 때 선수들이 계속 움직이며 발뒤꿈치를 땅에 붙이지 않는 이유는 또 무엇일까요? 이것은 관성의 법칙. 관성의 법칙은 정지된 물체는 계속 정지해 있으려 하고, 움직이는 물체는 계속 움직이려는 것을 의미합니다. 발뒤꿈치를 붙이고 있으면 정지된 상태여서 관성의 법칙에 따라 반응속도가 그만큼 느려집니다. 따라서 발뒤꿈치를 들고 언제든 중심에서 벗어나려는 자세를 취해야지만 어디로 튈지 모르는 공의 속도에 맞춰 움직일 수 있게 되죠.

탁구의 기본은 빠른 스윙입니다. 빠른 드라이브 스윙으로 상대방을 압도하기 위해선, 팔을 벌리고 치는 것 보다 오므리고 쳐야 합니다. W(각속도)=R(회전반경)×V(선속도), 선속도=각속도/회전반경이므로 스윙하는 속도, 즉 각속도가 일정하다면 팔을 벌리는 정도 즉, 회전반경을 줄여서 공이 나가는 선속도를 증가시킬 수 있습니다.

탁구의 기본은 F=ma! 잊지 마세요
l 탁구의 기본은 F=ma! 잊지 마세요

탁구라켓에도 과학의 원리가 숨어있습니다. 뉴턴 제2 법칙 가속도의 법칙 F=ma에서 탁구에서 공을 칠 때 힘을 내려면 뉴턴 제2 법칙에 의해서 가속도가 일정하면 질량을 증가시켜야 큰 힘을 낼 수 있습니다. 따라서 너무 가벼운 라켓보다는 어느 정도 무거운 라켓을 쓰는 것이 좋습니다. 하지만 라켓이 선수의 근력에 무리가 갈 정도의 무게라면 오히려 가속도가 떨어질 수 있으므로 적당한 선에서 무게를 조절해야겠죠?



첨단 수영복은 안된다고?

이렇게 섹시한데 왜 때문에 전신수영복은 안 되는 거죠? ⓒADIDAS & THE THORPEDO
l 이렇게 섹시한데 왜 때문에 전신수영복은 안 되는 거죠? ⓒADIDAS & THE THORPEDO

2010년 세계수영연맹에서는 전신 수영복 및 첨단 수영복의 착용을 금지했습니다. 왜일까요? 전신 수영복이란 말 그대로 머리, 손, 발만 제외하고 전신을 모두 덮는 수영복으로 1998년 처음으로 개발되어 2008년 본격적으로 활용되기 시작했습니다. 상어의 비늘 모양을 모방해서 만든 전신 수영복은 자세히 살펴보면 표면이 미세한 돌기들로 덮여 있습니다.

물속에서 움직이는 물체는 주위에서 생기는 회전하는 와류 때문에 마찰저항이 생기기 마련입니다. 그러나 상어의 비늘에 돋아있는 작은 돌기들은 와류를 표면에서 멀리 떨어트립니다. 이를 응용한 것이 첨단 전신 수영복인데요. 또한, 이 전신 수영복은 폴리우레탄 섬유를 이용해 방수성이 우수하고 부력도 좋아 선수들이 이전보다 발차기를 작게 해도 좋은 기록을 낼 수 있었습니다.

오롯이 인간의 운동 능력으로 펼치는 경쟁이 진정으로 아름답습니다
l 오롯이 인간의 운동 능력으로 펼치는 경쟁이 진정으로 아름답습니다

첨단 전신 수영복이 나오고 2년 동안 갈아치운 세계 기록의 수만 해도 130개에 달합니다. 선수들은 첨단 수영복에 더욱 의존하게 되었고, 수영경기는 갈고닦은 기량으로 승패가 나누는 것이 아니라 누가 더 우수한 성능의 수영복을 입느냐로 승패가 나뉘게 됩니다. 그래서 세계수영연맹은 인간의 순수 운동 능력이 과학기술의 경쟁으로 바뀌었다는 ‘기술 도핑’의 비판과 함께 2010년부터 전면 금지했다고 하네요.



실밥이 승패를 결정한다, 야구공의 비밀

넌… 아직도 내가 그냥 야구공으로 보이니? (오싹)
l 넌… 아직도 내가 그냥 야구공으로 보이니? (오싹)

투수가 공을 던지면 타자가 방망이로 공을 칩니다. 이렇게 간단한 야구 경기에도 엄청난 과학이 숨어 있는데요. 공이 진행하며 휘어지는 커브의 경우 타자 바로 앞에서 무려 40㎝ 이상 꺾이기도 합니다. 아무리 반응이 빠른 타자라 해도 투수가 공을 던진 후 판단하며 공을 칠 시간적 여유가 없죠. 따라서 타자들은 타율을 높이기 위해 투수가 다음에 어떤 공을 던질지 예상하며 배트를 휘두릅니다. 투수와 포수 또한 타자가 어떤 공을 기다리는지 예상을 하며 사인을 주고받습니다.

공의 구질 하나를 놓고도 야구경기에서는 치열한 두뇌 싸움이 벌어집니다. 야구공에는 108개의 실밥이 있습니다. 야구공이 실밥으로 꿰매진 것은 변화구를 잘 구사하기 위한 목적이기도 하지만 공의 속도를 더 빠르게 하기 위해서입니다. 실밥이 없는 매끈한 공이 공기저항을 덜 받을 것 같지만 실제로는 그 반대랍니다.

음~ 오늘 바람이 북서풍이니까 공을 좀 더 동쪽으로 날려야겠군
l 음~ 오늘 바람이 북서풍이니까 공을 좀 더 동쪽으로 날려야겠군

야구공의 실밥처럼 거친 표면은 공이 날아가는 동안 종잇장 정도의 얇은 공기층을 만들어 공과 공기와의 마찰로 인한 저항을 줄여줍니다. 투수가 던지는 공이 땅에 닿거나 파울이 될 때마다 주심이 새로운 공으로 바꿔주는 것도 바로 이 때문입니다. 야구공의 표면에 거칠거칠한 홈이 날 경우, 공의 속도가 그만큼 더 빨라져 타자에게 불리하거든요.

야구의 명품 수비 속에도 과학이 숨어 있습니다. 선수들은 타자가 공을 맞히는 순간 수비 위치에서 재빨리 전후좌우로 조금씩 움직여 공의 속도와 위치를 가늠합니다. 가만히 서 있으면 멀리서 오는 공의 속도를 짐작하기 어렵지만, 전후좌우로 조금씩 움직이면 공을 바라보는 위치가 달라져 입체감이 더 커지므로 공의 속도를 가늠할 수 있습니다.

또 수비들은 그날 그라운드의 바람 방향도 미리 파악해 놓습니다. 타자가 공을 쳤을 때 나는 소리의 높낮이로 타구가 멀리 뻗을지 가까운 곳에 떨어질지 판단하기도 합니다. 이 역시 진동 및 파장과 소리에 얽힌 과학에 기초하고 있답니다. 스포츠의 원리에는 이처럼 과학이 숨어있답니다.







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