스키, 중력 수직 작용 낙하 운동

몸에 붙는 옷 공기 마찰 최소화

2013년 평창 동계 스페셜올림픽이 오는 29일부터 다음 달 5일까지 8일간 평창에서 열린다. 스페셜 올림픽은 전 세계 지적 장애인의 국제 스포츠 대회를 말한다. 이번 대회에서는 스노보딩, 스킹, 피겨스케이팅, 쇼트트랙 스피드스케이팅, 하키 등의 종목이 치러진다. 각 스포츠 종목에는 과학 원리가 숨어 있다. 과학 원리를 알면 경기도 두배로 재미있게 즐길수 있다

◇ 스키

스키는 높은 위치에서 낮은 위치로 활주해 내려오는 이동 운동으로 중력을 이용한 낙하 운동이다.

스키 선수들은 사면에 서 있는 것에 의해 위치 에너지를 운동 에너지로 변환하는 것으로 추진력을 얻는다. 경사도의 사면을 직·활강으로 활주하는 선수에 작용하는 중력은, 선수의 중력에 작용한다. 중력은 수직으로 작용하는데 선수가 사면에 섰으면 중력은 경사면에 대해서 수직적 성분과 사면에 평행한 성분 중력에 분해될 수가 있다.

미끄러짐을 방해하는 힘에는 눈 위와 스키 판 사이의 마찰력, 스키어가 눈 위를 밟는 힘과 반작용의 항력, 스키가 눈을 밟아 밀면서 눈을 깎아 낼 때 받는 제설저항, 이런 것의 합력인 눈의 저항과 공기 저항이 있다. 직·활강으로 미끄러질 때는 미끄러지게 하는 힘, 눈의 저항, 공기 저항이 직접적인 관계가 있다.

◇ 피겨스케이팅

피겨스케이팅은 얼음판 위를 활주하며 여러 가지 곡선을 따라 주행하는 스케이팅으로 예술적인 연기가 가미된 빙상 스포츠이다.

점프할 때에는 공중에서 회전을 해야 하기 때문에 많은 추진력과 탄성이 필요하다. 특히, 3회전(트리플 점프)처럼 고난도의 동작은 팔다리를 적절하게 활용해야 한다. 고난도의 동작을 하려면 체공시간이 많아야 하고 이를 위해 강한 회전력이 요구된다. 회전력은 근력에 비례해 신체 중심축에서부터 무게중심(회전할 때 힘을 발휘하는)까지의 거리를 멀리해야 한다. 즉 양팔을 최대한 벌리면 반경이 커져 보다 많은 회전을 할수 있다. 공중에서 많은 회전을 하려면 회전 후 회전력을 유지해야 한다.

스핀(축이 되는 발 하나로 서서 그 자리에서 여러 자세로 도는 기술)에는 각운동량 보존 법칙이 들어 있다. 각운동량은 운동의 회전 성질을 나타내 주는 양이다. 즉 각운동량은 일정하기 때문에 회전반경이 커지면 회전속도는 줄어들고 반대로 회전반경이 작아지면 회전속도는 빨라지게 된다.

◇ 쇼트트랙 스피드스케이팅

쇼트트랙은, 곡선운동이 많은 운동이다. 쇼트트랙에서 승부를 결정짓는 것은 공기 저항과 마찰이다. 선수들은 빨리 달리기 위해 최대한 몸을 낮추고 상체를 지면 가까이에 붙인 채 경기를 한다. 공기와 부딪치는 면을 최소화해 저항을 덜 받기 위해서다. 코너를 돌 때 한 팔은 빙판에 대고 다른 한팔을 흔드는 것도 균형을 유지하면서 공기 저항을 최대한 줄이기 위한 자세다. 공기 흐름을 방해하지 않기 위해 유선형 헬멧을 쓰고, 공기 마찰을 줄이기 위해 경기복은 몸에 착 달라붙고 구김이 없는 옷을 입는다.

스케이트화는 얼음과의 마찰을 최소화하기 위해 최대한 얇고 매끄럽게 처리된다. 신체를 경기장 안쪽으로 기울이는 것은 구심력을 증가시켜 원심력을 극복할 수 있도록 하기 위한 의도다. 손을 빙면에 대고 코너링을 하는 것도 속도를 줄이 거나 마찰력을 이기는 과정에서 스케이트 날을 뉘며 달려도 쓰러지지 않도록 하는 것이다.

◇ 스포츠 속 과학원리가 궁금하면

초등학생용으로는 Why 스포츠 과학(조영선 저·예림당), 미션돌파 과학배틀(최재훈 저), 스포츠 속에 과학이 쏙쏙(손영운 저·이치), 더 멀리 더 높이 더 빨리 스포츠 과학(김은선 저·과학동아북스) 등이 있다.

특히 도서 ‘더 멀리 더 높이 더 빨리 스포츠 과학’은 과학 전문 잡지 ‘과학동아’의 과학 정보를 바탕으로 전문 작가가 학생들의 발달 상황에 맞게 과학, 사회, 시사, 이슈 등을 반영해 어린이 신문 형식으로 풀어냈다.