김연아 환상의 점프, 비밀은 스케이트 날?


방금 전에 끝난 김연아 선수의 쇼트프로그램 경기, 모두들 보셨나요?

“역시 김연아!” > -</

라는 말이 절로 나올 정도로 완벽한 연기를 선보였습니다. 특히 은반 위를 시계방향으로 빙- 돌아오다가 반시계방향으로 점프하는 ‘트리플 럿츠’는 그녀가 세계최고임을 또 한 번 보여주었는데요. 오늘 그 모습을 보다가 문득 김연아 선수의 스케이트에 시선이 꽂혔습니다. 그녀가 신고 있는 스케이트, 뭔가 특별한 비밀이 숨어있을 것 같지 않나요?

스케이트 날을 얼마나 잘 활용하는가에 따라 메달 색이 바뀐다!

이번 동계올림픽을 유심히 살펴보신 분들은 이미 아셨겠지만, 스케이팅 종목은 각각 다른 기술을 요하기 때문에 스케이트의 모양 역시 다릅니다. 특히 피겨스케이팅의 스케이트 날은 김연아 선수의 007본드걸 연기만큼이나 ‘엣지있는’ 비밀이 숨어 있는데요. 그녀의 스케이트 날 한번 들여다봅시다!

                                                                                                < 피겨스케이팅 스케이트 화 >

우선 피겨용 스케이트 날은 매우 두껍기로 스케이트계에 소문이 나 있어요. 약 4mm라고 하니 보통 1mm인 다른 스케이트 종목에 비해 굵직한 라인^^;을 자랑하죠. 그 이유는 피겨스케이팅의 꽃이라 불리는 점프 후에 착지 안정감을 높이기 위해서예요. 다른 선수보다 월등하게 높이 점프하는 김연아 선수가 안정적인 착지를 하는 데에도 바로 이 묵직한 스케이트 날이 반드시 필요한 거죠. 이 두꺼운 날을 자세히 보면 평평한 것이 아니라, 가운데가 움푹 파인 'V‘자 모양인 걸 볼 수 있어요. 마치 스케이트 날의 가운데를 따라서 조각도로 쭈욱- 파낸 것처럼 말이죠. 그래서 날의 양쪽 가장자리가 날카롭게 솟아있는데 몸 안쪽의 날을 ’인사이드 엣지(inside edge)‘, 바깥쪽 날을 ’아웃사이드 엣지(outside edge)‘라고 부른다고 해요. TV 중계를 보다 보면 해설자가 김연아 선수가 점프할 때 인엣지, 아웃엣지라는 말을 많이 쓰는 이유 아시겠죠!?

다음으로 스케이트 날을 지지하는 스케이트화를 들여다보면 여러 겹의 가죽을 덧대어 만든 것을 알 수 있습니다. 날과 스케이트화를 연결하는 부분도 나무나 딱딱한 플라스틱이 아닌 100% 가죽이지요. 가죽은 점프나 스핀 등의 비틀리는 힘에는 견디되, 유연하게 움직여야 하는 피겨스케이팅에 딱! 알맞은 소재이기 때문입니다. 지난 2006년, 김연아 선수 어머니는 “부츠가 맞지 않아 은퇴를 시킬까 심각하게 고민했었다”는 말을 했을 만큼 그녀에게 스케이트 화는 매우 중요한데요. 그 후 자신의 발에 꼭 맞는 스케이트 화를 찾게 되어 이렇게 멋진 경기를 계속 볼 수 있으니 정말 다행이죠?^^ 이외에도 스케이트화에는 많은 비밀이 숨어있습니다. 바닥 중간에 있는 쇠붙이는 선수들이 무게중심을 잘 잡게 도와주며, 뒤꿈치 쪽에 파인 수직방향의 홈은 아킬레스건이 긴장하는 것을 막아준다고 합니다. 아!! 그리고 김연아 선수의 가느다란^^; 발목을 보호해 주는 기다란 부츠의 목 부분도 역시 중요하겠죠?^^

마지막으로 가장 중요한 스케이트 날의 앞쪽을 한 번 볼까요? 위에 사진에서도 볼 수 있듯, 피겨 스케이트화는 발가락 앞쪽으로 내어진 날이 없어요. 앞뒤로 길게 뻗은 쇼트트랙, 롱트랙 스케이트화에 비하면 앞쪽의 날이 짧고 뭉툭한 모습이지요. 하지만 짧은 대신에 무시무시한 ‘가시’가 숨어있습니다. 바로 울퉁불퉁한 톱니 모양의 요철이에요. 이 부분은 선수들이 방향을 바꾸거나, 멈추고, 뛰어오를 때 꼭 필요합니다. 김연아 선수의 환상적인 트리플 럿츠에서도 점프 순간에 오른발 앞쪽의 뭉툭한 날을 빙판에 찍으며 점프하는 모습을 볼 수 있습니다.



이렇게 김연아 선수의 스케이트화 얘기를 하다 보니 롱트랙과 쇼트트랙 스케이팅의 이승훈, 이정수 선수의 스케이트화도 궁금해지는데요. 함께 살펴볼까요?


이승훈은 ‘시끄럽게!’, 이정수는 ‘삐딱하게!’

오늘 아침, 반가운 금빛 소식이 있었죠? 이승훈 선수의 스피드스케이팅 10000m 금메달!(짝짝짝!) 예상치 못한 금메달이라 본인은 물론이고 모든 국민들이 아침부터 깜짝 놀랐는데요. 역시 행운은 최선을 다해 준비한 자에게 다가오나 봅니다.^^ 400m 트랙의 경기장을 무려 스물다섯 바퀴나 도는 10000m의 경기에서 이승훈 선수가 지치지 않고 달릴 수 있던 비결! 바로 ‘시끄러운’ 스케이트 날에 있다는데요. 한번 파헤쳐볼까요?!!

                                                                                          < 스피드스케이팅 스케이트 화 >

스피드스케이팅으로 알려진 롱트랙 스케이팅은 지난 16일 모태범 선수의 기사에서 살짝 언급했듯이 뒤꿈치에서 날이 분리되는 '클랩(clap) 스케이트'를 일반적으로 사용합니다. 이는 스텝을 옮길 때 발의 뒤꿈치를 들더라도 스케이트날 뒷부분이 그대로 빙판에 닿아있어, 밀어내는 힘을 최대한으로 가질 수 있다는 장점이 있는데요. 그리고 한참 지난 뒤에 '탁!' 하는 소리와 함께 다음 스텝으로 옮겨가는 특성 때문에 롱트랙 스케이팅의 경기에는 ‘탁! 탁! 탁!’하는 이 소리가 끊이지 않습니다. 덕분에 경기에 긴장감이 배가되는 효과도 일어나구요.^^

또한 스피드 스케이트화는 발목 부분이 낮아 활동성이 좋습니다. 복사뼈 전체를 감싸는 것이 아니기 때문에 일반 운동화의 모양과 흡사하죠. 하지만 작다고 약한 것은 절대 아니랍니다. 스케이트화의 주요 소재가 탄소섬유로 매우 단단한! 성질을 가지고 있거든요.

다음으로 현재까지 금메달 2관왕! 이정수 선수의 종목을 살펴볼까요?


                                                                                                  < 쇼트트랙 스케이트 화 >

쇼트트랙 스케이트 트랙은 총길이 111.12m 중 곡선의 비중이 절반을 차지하지만, 선수들이 움직이는 궤적을 보면 80∼90%가 곡선운동이라고 합니다. 코너를 진입하기 전과 빠져나온 뒤에도 곡선운동을 하기 때문이죠.

이런 쇼트트랙의 날은 바닥 쪽으로 약간 볼록하게, 또 옆쪽으로 살짝 휘어 놓아 곡선구간에 쉽고 빠르게 돌 수 있도록 만들었습니다. 우리나라 선수들이 외국 선수들에게 절대 보여 주지 않는 것이 바로 이 스케이트의 날의 각도라고 하는데요. 선수의 신체적인 조건과 실력, 빙질, 코너의 크기 등 고려해야 할 것이 많아 복잡하지만, 우리 선수들의 활약을 보면 아주 과학적인 방법이란 게 확실하죠?^^


대한민국 선수들, 모두 아자아자 빠이팅!!

언급한 선수를 보니 모두 1등 선수들이네요. “1등만 기억하는 더러...” 하고 욕하진 않으시겠죠? ^^; 꼭 금메달을 따야 1등이겠습니까? 열심히 최선을 다 한 우리 국가대표 선수들 모두가 1등이고 자랑스럽습니다!!

날씨가 갑자기 따뜻해져서 마치 춘계올림픽^^;을 해야 할 것만 같은 요즘입니다. 어느덧 동계올림픽도 4일밖에 남지 않았어요. 모든 선수들 아자! 아자! 힘내셔서 남은 경기 잘 펼치시고 어서 따뜻한 우리나라로 돌아오세요.^^

 
Posted by 하루에 과학 한 잔 더사이언스

"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


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