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[과학 핫이슈]겨울스포츠의 과학

발행일2018.02.03 10:00

평창 동계올림픽 개막이 코앞으로 다가왔다. 우리나라에서 열리는 올림픽은 30년 만이다. 동계올림픽은 처음이다. 겨울 스포츠는 그 동안 우리나라에 다소 낯선 종목이었던 셈이다.

동계올림픽은 하계올림픽과 달리 '맨몸 운동'이 없다. 빙상, 설상 경기는 모두 썰매, 스케이트, 스키 같은 '장비'를 사용한다. 0.001초를 다투는 기록 경기가 많다. 장비 속에 숨은 과학 원리가 여느 스포츠보다 중요하다.

Photo Image<ⓒ게티이미지뱅크>

겨울 스포츠의 과학 원리를 단적으로 보여주는 종목은 스케이트다. 스피드 스케이팅, 쇼트트랙, 피겨 스케이트는 모두 다른 형태를 취한다.

우리나라 메달 효자 종목인 쇼트트랙은 말 그대로 '짧은 트랙'을 도는 경기다. 스피드 스케이팅 트랙이 한 바퀴에 400m인데 비해 쇼트트랙은 111.12m 트랙을 시계 반대 방향으로 돌며 속도를 겨룬다. 코스 자체의 곡선 주로 비율이 48%로 높다. 실제 선수가 곡선 형태로 질주하는 거리의 비율은 70~90%다.

코너링 때 밖으로 쏠리는 힘(원심력)을 견디면서 속력을 유지하는 게 승리의 열쇠다. 선수는 몸을 안쪽으로 기울여 원심력을 극복한다. 스케이트 날은 옆으로 눕게 되는데, 이때도 중심을 잃지 않아야 한다. 이 때문에 스케이트 날은 회전 방향인 왼쪽으로 미세하게 휘어진 형태다. 원심력 극복, 접지력 극대화에 유리하다.

스피드 스케이팅에 쓰이는 날은 가장 얇고 날렵하다. 가장 빠른 스피드를 요하는 종목이기 때문이다. 1997년 나가노 동계 동계올림픽 때는 독특한 구조의 스케이트가 등장해 획기적 기록 향상을 이뤘다. '클랩(Clab) 스케이트'다.

클랩 스케이트의 날은 신발에 완전히 고정되지 않는다. 뒷굽을 들면 날 뒷부분과 신발이 분리된다. 선수가 발을 박찰 때 뒤꿈치가 떠도 날은 빙판에 머무른다. 날이 끝까지 바닥을 디뎌 추진력을 극대화할 수 있다. 빙판과 날의 접촉이 더 오래 유지되기 때문이다. 가속력이 높아지고 마찰은 줄어드는 것은 물론 선수의 피로도 줄일 수 있다.

피겨 스케이팅에 쓰이는 날은 가장 두껍고 둔탁하다. 날 두께가 4~5㎜다. 날 앞 쪽은 톱니 모양으로 만들어 점프에 유리하도록 했다. 날 양쪽 가장자리도 좀 더 튀어나와 있다. '에지'라고 부르는 날카로운 부분인데, 어떤 스케이트보다 얼음을 더 잘 파내도록 설계된 부위다. 선수가 균형을 잡도록 도와주고 도약력도 높여준다.

우리나라가 쇼트트랙 최강국이 된 데는 과학적 전략 전술도 한몫을 했다. 일명 '호리병 주법'이다. 최근에는 대부분 선수가 쓰는 주법이다. 트랙 코너를 반듯하게 달리지 않는 게 핵심이다. 곡선 구간 시작 전 바깥 코너로 살짝 빠져나왔다가 곡선 구간 마지막에 안쪽 코너로 파고든다. 회전 반지름을 줄여 회전 속도를 극대화한 과학 원리가 숨어 있다.

봅슬레이 썰매도 첨단기술의 집약체다. 공식 기록된 최고 시속이 153㎞에 이르는 '얼음 위의 슈퍼카'다. 가볍고 공기저항을 적게 받아야 하며, 선수 보호를 위한 내구성도 갖춰야 한다. 제작사 대부분이 공법과 소재를 비밀에 부치고 있을 정도로 기술 경쟁이 치열하다. 대당 가격이 1억원을 넘는다.

가볍고 강한 탄소섬유가 주재료다. 유리섬유나 금속으로 만든 덮개, 조향장치, 레버식 브레이크 등이 붙는다. 선수의 체형과 탑승 자세를 고려한 설계 기술이 적용된다. 강성이 높으면서도 진동은 적은 동체 설계 기술이 요구된다. 굴지의 자동차 회사들이 썰매 제작에 뛰어드는 이유다. BMW, 멕라린, 페라리, 현대자동차 등이 봅슬레이 썰매를 만든다.

썰매 경기 3종 중 가장 속도가 빠른 종목은 뒤로 누운 채 타는 루지다. 펠릭스 로흐(독일)가 2009년 기록한 시속 153.97㎞가 최고 속도다. 똑같이 맨몸으로 타는 스켈레톤의 최고 시속은 140.8㎞. 속력 차가 나는 이유는 '저항' 때문이다. 스켈레톤은 앞으로 엎드린 자세에서 질주한다. 즉 머리로 공기저항을 받는다. 루지는 발끝으로 공기저항을 받는다. 공기와 마주하는 면적이 넓기 때문에 스켈레톤의 공기저항은 루지보다 4.5배나 크다.

루지의 '질주 본능'은 제동이 걸린 상태다. 시야 확보가 어려운데 속도는 빠르기 때문에 위험하다. 실제 사망사고도 있었다. 인스브루크올림픽 때 영국 선수가, 벤쿠버올림픽 때 조지아 선수가 훈련 중 사망했다. 2010년 국제루지연맹은 설계 측정치 기준의 최대 시속이 135㎞를 넘지 못하게 했다. 2014년부터는 올림픽 트랙의 평균 경사도 10% 아래로 제한했다.

송준영기자 songjy@etnews.com

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