컬링, 브룸으로 빙판 문질러 스톤과 마찰력 감소

쇼트트랙 구심력·봅슬레이 가속력 … 기록 판가름

동계올림픽에서는 스노보딩, 스키, 피겨스케이팅, 쇼트트랙 스피드스케이팅, 하키, 컬링 등 15개 종목이 치러진다. 동계 올림픽 종목을 자녀와 함께 두배로 재미있게 볼수 있는 방법은 종목마다 숨겨진 과학의 원리를 찾아보는 것이다.

◇ 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.

◇ 컬링

올해 첫 출전한 신미성·김지선·이슬비·김은지·엄민지 등 4명의 여자 컬링 대표팀이 8위의 성적으로 올림픽 여정을 마쳤다.

얼음판 위의 체스로 불리는 컬링은, 각각 4명으로 구성된 두 팀이 빙판에서 둥글고 납작한 돌(스톤)을 미끄러뜨려 표적(하우스) 안에 넣어 득점을 겨루는 경기이다.

컬링은 경기를 시작하기 전 빙판과 스톤의 마찰력을 높이기 위하여 페블(pebble·얼음알갱이)을 뿌려놓는다. 투구한 스톤이 20~30ｍ 앞으로 나아가는 동안 다른 2명의 선수가 스톤이 지나가는 얼음길을 브룸(broom·빗자루 모양의 솔)을 이용해 닦아서 스톤의 진로와 속도를 조절해 목표 지점에 최대한 가깝게 멈추도록 한다. 경기 도중 선수들이 브룸으로 빙판을 문지르는 것은 표면에 솟은 얼음 돌기가 녹아 수막이 만들어지고 마찰력이 줄어들면서 스톤이 더 잘 미끄러지기 때문이다.

◇ 쇼트트랙

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 처리된 것을 신는다. 신체를 경기장 안쪽으로 기울이는 것은 구심력을 증가시켜 원심력을 극복할 수 있도록 하기 위한 의도가 숨어있다.

◇ 봅슬레이

산 허리의 경사면에 만들어진 얼음 코스를 브레이크와 핸들이 장치된 썰매를 타고 가능한 한 빨리 활주해 그 시간을 겨루는 경기다. 활주할 때 평균 시속은 135㎞이며, 커브를 돌 때의 압력은 중력의 4배에 가깝다.

내려오는 중간에 썰매가 틀어지거나 중간에 벽에 부딪히게 되면 그 에너지가 충격 에너지로 분산돼 가속력이 떨어진다. 가속력은 속도와 비례해 가속력이 떨어지면 속도도 함께 떨어진다. 선수들이 머리를 들지 않는 것도 공기 저항을 줄여 속도를 내기 위함이다.