"김연아 회전의 비밀은 3단 콤보"
'폈다 접었다 폈다'에 숨은 과학 이야기

얼마 전 아사다 마오가 한국에 4대륙피겨 선수권대회 때문에 방한한 것이 화제가 되었었죠. 아사다 마오는 1월 26일(어제) 첫 훈련을 하며 좋은 컨디션과 높은 트리플 악셀 성공률을 보여서 이번 대회에서 좋은 결과를 기대하고 있다는군요. 김연아 선수가 밴쿠버 올림픽에 대비하여 컨디션 조절을 하기 위해 이번 대회에는 불참하는 바람에 두 선수의 대결을 볼 수는 없겠지만, 세계 정상급 선수들과 우리나라의 곽민정, 김채화, 김나영 선수 등이 출전한다고 하니 멋진 피겨'예술'들을 볼 생각에 마음이 설렙니다.


설레는 마음으로 이것저것 기사를 찾아서 읽다보니 역시나 아사다 마오에 관한 기사에서는 '트리플 악셀'에 관한 내용들이 빠지지 않고 들어가 있더군요. 성공하면 높은 기본 점수를 받지만 실패하면 점수의 공백이 큰 트리플 악셀은 아사다 마오에겐 장기이자 함정이 되기도 하죠. 이번 경기를 준비하면서 아사다 마오선수는 하루에도 20여 차례씩 트리플 악셀을 연습해 그 정확도와 성공률을 높였다고 하는데, 과연 실전에서 깔끔하게 트리플 악셀을 성공할지 궁금합니다.  


공중에서 세바퀴 반을 회전하는 트리플 악셀은 기본 점수가 8.20점이나 되어서 3.50점을 받는 더블악셀보다 무려 4.70점이나 높습니다. 김연아 선수는 습득하는데 오랜 시간이 걸리고 높은 난이도로 인한 실패율이 높은 이 기술보다는 여러가지 기술의 조합을 이용해서 전체적으로 높은 점수를 받는 전략을 사용하고 있지요. 또한 어떤 종류의 점프기술을 시도하더라도 말 그대로 '정석'적으로 깔끔하게 구사하기 때문에 높은 점수를 받습니다.



피겨스케이팅하면 아무래도 한국인인 이상 아무래도 마오보다는 연아에 관심이 가기 마련인데 앞에서 제가 너무 마오냥 이야기만 했네요.^^; 오늘 하려는 이야기는 김연아 선수의 '깔끔하고 완벽한 회전'에 숨겨진 과학적 비밀입니다. 앞에서도 말했듯이 김연아 선수가 굳이 기본득점이 높은 점프를 시도하지 않아도 전체적으로 높은 득점을 해내는 것에는 김연아 선수의 완벽한 회전 성공이 있기 때문인데, 이 회전에는 우리가 잘~ 알고 있는 과학이 숨어있죠. ? 잘 모르시겠다구요? 그럼 지금부터 저와 함께 김연아 선수의 회전에 숨어있는 과학을 살펴보시죠.


팔을 펴고 접는 타이밍에 숨어있는 과학

 

우선 연아선수가 회전하는 모습을 머릿속으로 그려볼까요. 음, 다음의 보기에서 김연아선수가 회전할 때 어떤 모습을 보이는지 맞춰보세요.


보기1. 축구 선수가 공을 향해 돌진하듯 엄청나게 빠른 속도로 마구 달려오다가 갑자기 얍! 점프한다.

보기2. 백조가 날개를 펼치듯 우아하게 두 팔을 벌리고 달리다가 팔을 좌악~ 편채로 우아하게 점프하고 착지한다.

보기3. 빠르게 씽씽 달려오다가 팔을 좍~ 펴고 점프한 후 몸을 잔뜩 움츠렸다가 다시 팔을 좍~ 펴며 착지한다.

 

네에, 너무 말도 안 되는 보기였죠.; 당연히 답은 보기3 입니다. 김연아 선수가 점프를 할 때는 팔을 폈다 접었다 펴는 세 번의 동작변화가 있죠. 그냥 아무렇지 않게 넘겼던 이 동작에 바로 과학적인 원리가 숨어있답니다.

원리를 알기 위해서 먼저 각운동량에 대해서 알아봅시다.

 

회전하는 물체는 일종의 물리적 성질인 '각운동량' 가지게 되죠. 각운동량은 움직이는 물체의 질량, 속도,그리고 회전 생기는 원의 회전 반지름 곱한 값입니다. 질량이 클수록, 빠른 속도로 움직일수록, 몸을 활짝 편다든지해서 회전 반지름이 커질수록 물체의 각운동량은 커지게 됩니다.

점프기술을 시도하려고 하는 시점에 김연아 선수는 약간 속도를 높이죠? 그리고나서 김연아 선수는 팔을 순간적으로 활짝 핍니다. 이런 행동으로 인해 속도와 회전반지름 가지 요인이 커져서 각운동량이 커지게 되죠. 물론 연아 선수의 몸무게는 그대로니 늘릴 수가 없고요.; 이렇게 각운동량이 커진 상태에서 김연아 선수는 공중으로 떠오릅니다. 부웅~
 

공중으로 떠오른 김연아 선수는 재빨리 몸을 움츠립니다. 이는 회전 반지름을 최대한 작게 해주기 위해서입니다. 이미 커진 각운동량은 각운동량의 보존법칙에 따라서 공중에서 그대로 유지됩니다. 작아지거나 커지는 일은 없는거죠. 그런데 김연아 선수가 회전반지름을 줄여준다면 각운동량은 '질량 * 속도 * 회전반지름'이기 때문에 속도나 질량 중에 어떠한 값이져야만 합니다. 다시 한번 말하지만 각운동량은 일정해야 하는 거니까요~ 질량은 변할 수가 없는 값이기 때문에 속도가 커지게 되고 과정에서 김연아 선수는 빠른 속도로 많은 스핀을 수가 있게 됩니다.

 

이제 돌았으니 착지를 해야하겠지요. 역시 각운동량 보존법칙과 회전반지름을 이용합니다. 빠르게 스핀을 도는 것과 기본적으로는 같은 원리가 적용됩니다. 김연아 선수가 팔을 활짝~ 편다면 회전반지름이 커지고 반대로 속도는 줄어들게 되는데, 낮아진 속도 때문에 김연아 선수는 안전하게 착지하게 됩니다. 아래 사진을 한번 보실까요? 



 

짜잔~ 사진을 보면 팔을 폈다 접었다 펴는 회전의 '3 콤보' 알맞게 해내는 연아 선수를 보실 있지요. 회전의 단계에서 팔을 폈을 재빨리 팔을 오므려주지 않으면 회전속도가 느려져서 실패할 수도 있는데, 김연아 선수는 타이밍을 포착해서 재빨리 단계의 회전자세를 완벽히 해내는 것이지요. 아사다 마오의 점프 장면을 보면 착지순간에 팔을 채 펴지도 않고 넘어지는 경우가 종종 있는데 이 경우가 타이밍을 못맞춘 예라고 할 수 있습니다. 김연아 선수가 아사다 마오 선수보다 훌륭하고 안정된 점프를 할 수 있는 이유도 바로 이때문인 셈이죠.

 

또한 점프 외에도 피겨 스케이팅에는 여러가지 과학적 원리가 숨어있는데요. 싯스핀이라는 회전기술을 볼까요? 싯스핀은 바로 아래 사진과 같은 기술을 말합니다. 많이들 보셨죠?

 

 

싯스핀을 때는 최대한 몸을 낮추고 빠르게 회전합니다. 따라서 무게중심도 아래로 가게 되죠. 무게중심이 아래로 가게 되면 넘어지지 않고 움직이는 물체도 안정하게 됩니다. 정삼각형이 역삼각형보다 안정한 것과 같은 원리죠. 싯스핀 자세는 안정한 자세로 빠르게 회전할 있는 최적의 자세입니다.

이 세상 모든 것엔 과학이

 

팔을 접었다 펴는 동작에는 예술적인 아름다움도 들어있지만, 과학의 아름다움도 들어있답니다. 과학을 알면 알수록 느끼는 것이지만 개미의 작은 움직임 하나에 조차 모두 과학이 담겨있죠. 침대만 과학이 아니라 세상 모든 것은 과학으로 이루어져 있습니다. , 제가 김연아 선수를 응원하는 마음도 과학이라고 있을지도 모르죠. 사랑조차 과학으로 규명하려고 하는 여러가지 연구결과들이 나와 있으니까요. 이렇게 말하면 너무 없으려나^^; 여튼, 여기까지 읽느라 수고 많으셨습니다~ 너무나 좋아하는 '멍연아'사진을 마지막으로 오늘의 과학 이야기를 여기서 마칠게요~ 김연아 선수, 파이팅!




*작성 : <하루에 과학 한잔> (http://joyd.tistory.com)

Posted by 하루에 과학 한 잔 더사이언스