Skip to Content

logo

닫기

모바일메뉴

logoSSANGYONG

Special Theme 1

writer. 편집실 ı supervisor. 문영진 _충남대학교 스포츠과학과 교수

3.jpg

 

스포츠,

과학을 만나다

 

스포츠(Sports)는 ‘전환하다’는 뜻을 가진 라틴어 ‘Desporture’에 어원을 두고 있다. 또 학자들은 중세 영어로 희열, 오락, 위안의 뜻을 가진 ’Sportan’, ‘Disport’도 그 어원으로 보고 있다. 즉 스포츠는 희열과 오락, 위안으로 기분 전환하기 위해 무언가를 하는 행위를 의미한다. 스포츠는 즐거움과 재미를 느끼기 위한 인간의 욕구에서부터 시작되었다.

 

 

스포츠에 숨은

과학원리

 

인간의 탐욕은 끝이 없다 했던가? 끊임없이 ‘더 멀리, 더 높이, 더 빠르게’를 외치며 기록 경신을 목표로 스포츠를 즐겨왔다. 더는 불가능할 것 같은 스포츠 세계기록들이 하루가 멀다하고 깨지고 있다.

인간은 스포츠에 과학을 접목했다. 몸 안에 숨겨져 있는 능력을 최대치로 끌어올리고, 스포츠 장비를 발달시켜 그 효율을 높였다. 오늘날 스포츠 과학이란 물리학, 화학, 심리학, IT에 이르기까지 거의 모든 과학의 총집합이라고 해도 과언이 아니다.

 

4.jpg

▲ 스키점프 선수들은 양력을 극대화하기 가장 적합한 자세로 활강한다

 

혹시 하정우 주연의 영화 <국가대표>를 기억하는가? 우리에게 다소 생소했던 ‘스키점프’라는 종목을 널리 알린 이 영화는 실화를 바탕으로 제작되어 더욱 주목을 받기도 했다. 인간이 새처럼 날아올라 하늘을 나는 이 스포츠의 과학원리는 바로 ‘양력’이다. ‘양력’은 유체 속의 운동체가 움직이는 방향에 수직으로 작용하는 힘을 말하며 이것은 곧 비행기의 비행원리다. 스키점프 경기를 보면 선수들이 몸을 최대한 낮추고 스키를 V자형 자세로 유지하는 것을 볼 수 있는데, 이 자세가 몸을 띄워주는 양력을 크게 하고 저항을 최소화하게 도와준다. 또 점프할 때의 양력을 최대로 높이기 위해 아파트 30층 높이인 58m에서 시속 80km의 속도를 낸다.

 

5.jpg

▲ 피겨스케이팅의 아름다운 움직임, 연기의 예술성 뒤에는 엄청난 운동량과 기록 경신을 위한 과학원리가 숨어있다

 

대표적인 동계스포츠 중 하나인 피겨스케이팅을 살펴보자. 피겨스케이팅에는 ‘각운동량 보존 법칙’이 숨어 있다. ‘각운동량 보존 법칙’은 운동의 회전 성질을 나타내는 양으로, 발돋움 이후 공중에서 회전을 시작할 경우 각운동량이 일정하기 때문에 회전반경이 커지면 속도가 줄어들고 반대로 회전반경이 줄어들면 속도가 빠르게 된다. 피겨스케이팅 선수들을 유심히 살펴보면 빠르게 공중회전 할 때는 반드시 팔과 다리를 몸과 가깝게 밀착시키는 것을 볼 수 있다. 

 

6.jpg

▲ 야구공의 솔기는 스피드와 마찰력에 관여한다. 솔기 덕분에 투수는 빠르고 강한 공을 직구, 변화구로 던질 수 있고, 타자는 멀리 뻗는 공을 칠 수 있다. 솔기가 야구 경기에 재미를 더하는 셈이다

 

야구에도 많은 과학원리가 숨어있는데, 그중 야구공을 살펴보자. 야구공의 지름은 7.23㎝. 안쪽부터 코르크나 고무심, 실, 말가죽이나 소가죽으로 되어 있다. 두 장의 가죽은 붉은 실로 108번 꿰매는데, 솔기라 부르는 이 실이 일으키는 공기와의 마찰이 변화구를 만들어낸다. 야구공의 붉은 실은 투수의 손끝을 떠나는 순간부터 바람의 저항, 즉 마찰을 크게 한다. 마찰이 클수록 야구공의 회전력과 속도는 빠르게 줄어든다. 이에 비례해 공 주변의 압력 차이는 점점 더 커지고, 일정 시간이 지나면 공의 방향을 바꾼다. 마운드에서 던진 커브공이 어김없이 홈 플레이트를 지나면서 급격한 변화를 일으키는 데에는 바로 이 솔기가 결정적인 영향을 주고 있는 셈이다. 이를 ‘매그너스 효과(Magnus effect)’라 부른다.

 

7.jpg

▲ 골프공의 딤플은 공기 저항을 감소시켜 비거리 향상에 도움을 준다

 

이와 비슷한 원리가 골프공에도 숨어있다. 골프공을 자세히 보면 딤플이라고 부르는 수많은 파인 자국을 볼 수 있는데, 바로 이 딤플이 공을 더 멀리 보내는 역할을 한다. 딤플은 공의 전면부와 후면부의 압력 차이를 줄어들게 하여 공이 더 멀리 날아갈 수 있도록 도와준다.

실외에서 하는 구기종목은 날씨에도 영향을 받는다. 예컨대 야구, 축구, 테니스, 골프 등의 스포츠에서 맑고 기온이 높은 날 공은 더 멀리 날아간다. 그 이유는 바로 공기 중 온도의 높고 낮음, 그리고 수증기의 양이 많고 적음에 따라 날아가는 공의 저항값이 달라지기 때문이다.

 

 

기록 향상을 위한

과학적 노력

 

기록 향상을 위한 과학적인 노력은 가히 눈물겹다. 선수들의 옷, 신발, 스포츠 장비에는 최신 과학 기술이 적용되어 있다. 스포츠 장비는 선수들의 신체 능력 향상을 도와주는 역할을 하기도 하고 기록에 결정적인 역할을 하기도 한다.

 

8.jpg

▲ 마라톤 경기용 신발은 가볍고 신발 바닥의 수많은 돌기가 접지력을 높인다. 스피드에 도움이 되지만 그만큼 근력이 필요하다

 

마라톤 선수의 신발을 보자. 마라톤 선수들이 42.195km를 달리는 동안 발이 받는 하중은 실로 엄청나다.

마라톤 경기 시 신발 속의 온도는 43~44℃를 넘나들며 습도는 95%까지 올라간다. 그래서 마라톤화는 가볍고 신체 하중을 흡수할 수 있어야 한다. 그에 더해 습기배출도 쉬워야 한다. 실제로 이봉주 선수의 마라톤화 개발비가 총 2억여 원이었을 정도로 마라톤에서 신발은 선수의 경기력을 좌우하기도 한다.

 

9.jpg

▲ 오래 신고 있기 편하고 좌우 균형 잡기 좋은 역도화. 사격 종목의 진종오 선수는 경기 때 역도화를 신는 것으로 유명하다

 

이와 반대로 역도 선수의 신발 바닥은 푹신한 충격 흡수 소재가 아닌 딱딱한 나무로 만들어진다. 역도 선수가 무거운 역기를 들어 올릴 때 발에 엄청난 하중이 가해지는데, 만약 푹신한 쿠션이 있다면 몸의 자세와 균형이 순식간에 무너질 수 있기 때문이다. 또한 역도는 지면반력을 이용하는 경기로서 지면으로부터의 반력을 효과적으로 이용하기 위함이다.

 

10.jpg

▲ 전신 수영복은 근육을 압착시키고 물의 저항을 줄여 기록을 향상시킨다. 효과가 엄청나지자 국제수영연맹(FINA)에서는 전신 수영복 등 첨단 수영복 착용을 제한하는 규정이 생기기도 했다

 

 

수영 선수들이 입는 전신 수영복은 물속에서 물의 저항을 줄여주는 특수 소재로 제작되었으며 표면에 미세한 돌기가 있어, 수영할 때 물속에서 생기는 아주 작은 소용돌이마저 최소화해준다. 또 물이 더욱 유연하게 흐를 수 있도록 겨드랑이부터 허리까지 작은 홈을 만들어두기도 했다. 육상 선수들도 전신 육상복을 입는다. 전신 육상복 역시 공기저항을 줄여주고 근육의 움직임을 촉진하는 소재로 제작되었다. 전신 육상복은 이를 위해 실을 사용하지 않고 특수 접착제를 이용해 제작하며 무게는 겨우 100g 정도에 불과하다. 

 

11.jpg

▲ 첨단 신기술의 활용으로 한국 양궁이 세계 최고의 반열에 올랐다

 

양궁에 쓰이는 활과 화살은 옛날에는 나무로 만들었다. 1970년대 후반 알루미늄과 나무, 탄소섬유를 결합한 화살이 나왔다. 1980년대 중반 화살 속대를 특수플라스틱인 ‘신택틱 폼’으로 만든 활이 등장했다. 현재 쓰이는 화살은 속이 텅 비어 있는데 알루미늄만으로 만들어진 것과 알루미늄에 탄소섬유(그래파이트)를 덧댄 2가지 종류가 있다. 속이 텅 빈 화살이 나오면서 화살 속도는 초속 6m나 빨라졌다.

카메라와 센서의 발달은 스포츠 산업에까지 큰 영향을 주었다. 초고속 카메라와 센서는 운동 선수의 작은 움직임 하나하나를 잡아내어 모니터에 그래프와 모션으로 그려낸다. 운동 선수는 자신의 운동 패턴, 자세, 습관 등을 교정하여 기록을 높이는 데에 활용하고 있다.

 

 

선수의 능력을 최대치로

끌어올리는 과학적인 훈련 비법

 

오늘날 운동 선수들은 단순히 운동량만을 늘리는 훈련은 거의 하지 않는다. 먼저 자신의 체력 및 기술을 근육별 및 신체 부위별로 자세히 측정한 후, 수집된 데이터를 바탕으로 선수에게 가장 적합한 방법을 짜서 훈련하고 있다. 경기력 향상을 위한 생체역학적 과학 훈련은 크게 세 가지로 나뉜다.

 

12.jpg

▲ 과학이 접목된 체계적인 훈련은 실제 시합 상황 대비에 큰 도움이 된다 

 

첫째, 각종 장비를 활용하여 경기기술을 분석·적용하는 방법이다. 경기력 향상을 위하여 가장 보편적으로 많이 사용되는 방법으로, 선수의 기술을 모션 움직임으로 분석하고 평가하여 잘못된 동작을 교정함으로써 완벽한 기술을 습득하도록 하는 방법이다.

둘째, 운동역학적 원리를 적용한 새로운 기술을 개발하고 최적의 조건을 제시하는 방법이다. 

셋째, 경기 장면에 대한 영상 자료를 통해 경기 상황에서의 움직임의 역학적 관계를 규명하여 전략 및 전술을 제공하는 방법이다. 최근엔 이러한 과학적 훈련에 심리학이 더해지는 추세다.

운동 선수의 멘탈강화를 위해 심리치료까지 더해져 훈련은 육체와 정신의 영역까지 아우른다. 인간의 한계를 넘기 위해 스포츠는 점점 더 많은 학문과 과학 기술을 접목해왔다. 앞으로는 또 어떤 새로운 기록을 경신할지 두고 볼 일이다.

 


 

Book Info.

 

스포츠의 과학

저자 _ 사이언티픽 아메리칸 편집부

출판사 _한림출판사

 

13.jpg

 

2018 평창 동계올림픽이 얼마 남지 않았다. 선수들은 올림픽에서 최고의 성과를 내기 위해 극한의 고통을 감내하며 훈련을 거듭한다. 정신적, 육체적으로 어떤 트레이닝을 통해 승자가 되기 위해 달리는지, 스포츠에 숨은 과학에 대해 알아본다.