꿈에 그리던 스키장 오픈. 은반 요정 김연아의 맹활약. 겨울과 함께 동계 스포츠에 대한 관심이 어느 때보다 높은 시기다. 이런 동계 스포츠는 알고 보면 더욱 흥미롭다. 보다 정교한 기구들을 이용해야 하므로 어떤 스포츠보다 더 많은 과학 원리들이 숨어 있기 때문이다.
우선 스케이트. 은반의 요정 김연아의 스케이트 날과 `메달밭` 쇼트트랙의 스케이트 날은 다르다.
쇼트트랙 선수들이 신는 스케이트의 날을 자세히 뜯어 보면 가운데가 양 끝보다 5∼6㎜ 정도 불룩한 곡선을 지닌다. 쇼트트랙 경기장은 일반 스케이트 경기장보다 좁다. 코너링 위주로 진행되는 것도 독특하다. 때문에 날을 둥글게 깎아 얼음판에 닫는 면적을 최소화한다. 원심력을 이겨내기 위해서다. 안정적이면서도 빠르게 회전할 수 있는 것도 스케이트 날에 숨어 있는 곡선의 원리 때문이다.
스케이트 날의 위치도 다르다. 스케이트 날이 스케이트화 바닥 중심선에 있지 않고 약간 왼쪽으로 휘어 있다. 쉽게 회전하도록 유도하기 위한 장치다.
최근 금메달 낭보를 속속 전하고 있는 스피드 스케이팅은 또 다르다. 얼음판에 닿는 날의 면적이 고르게 넓어야 차는 힘이 강해진다. 따라서 스케이트 날이 평평하다.
또 하나 묘한 장치는 뒷날굽이 떨어지는 `클랩(clap)` 구조. 발로 지치는 순간 날이 최대한 표면에 붙어 있게 해 마찰력을 증가시키기 위한 것이다.
김연아가 신드롬을 일으킨 피겨는 또 다르다. 90%가 회전운동인 만큼 부츠 날은 앞 부분이 둥글고 뒷부분은 평평하게 만들어진다. 빨리 돌고 정지하는 데 유리하도록 설계된 것이다.
선수들의 회전 연기에도 과학 원리가 숨어 있다. 김연아의 트레이드 마크는 회전 연기. 한 자리에 서서 돌면서 점점 속도를 빠르게 회전하는 동작이다.
여기에는 각운동량 보존 법칙이 작용한다. 각운동량은 운동의 회전 성질을 나타내 주는 양이다. `각운동량=회전관성(회전축에서 질량까지의 거리:회전반경)×회전속도`라는 도식이 적용된다.
즉 각운동량은 일정하기 때문에 피겨 스케이팅 선수가 벌렸던 팔과 다리를 좁히고 몸을 세워 회전 반경을 좁히면 회전속도가 점점 빨라질 수 있는 것이다. 몸을 움츠렸을 때 천천히 돌던 김연아의 회전 축이 몸을 세우면서 점점 빨라지며 환상적인 턴을 만들어내는 것은 이런 원리가 작용했기 때문이다.
[신익수 기자]
