(016)스켓의 지면반력과 중력의 법칙

[탑동 백구두]

 

1. 들어가는 말

오늘 스케이트 강습에 참여할 시간이 있었다.

치과 치료를 받느라 힘을 주었더니

다리가 부들부들.

그래 그런지 치료 후 잠시 짬이 나서 강습을 받는데,

다리가 후들후들.

다리에 힘을 못 주니 가장 기본이 되는 밀기가 안 되는 것이었다.

꾹~꾹~ 눌러서 탈 수가 없으니,

스켓팅이 될 리가 없었다.

그래서 생각 난 이론!

지면반력이였다.

2. 지면반력이란?

  가. 운동의 제3법칙(작용 반작용의 법칙)

모든 운동에는 힘의 크기가 같고 방향이 반대인 작용과 반작용이 있는데 반작용은 작용하는 힘에 비례하고 시간에 반비례한다.

그의 대표적인 예가 지면반력이다.

 나. 스케이트 운동의 적용

1) 스켓의 지면반력은, 스켓터가 얼음을 중력의 방향으로 강하게 누르는 작용에 대한 반작용으로 강한 수직항력이 발생하면서, 강한 밀기(pushing)이 가능하며, 반작용의 방향으로 스켓터를 밀어낸다. 따라서 '얼음을 눌러서 타라'는 뜻은 강한 밀기의 지면반력를 갖기 위한 것이고, 강한 지면반력을 갖있어야, 강한 밀기의 파워가 발생한다.

2) 얼음을 눌러 타는 이유

   지면 반력

3) 얼음을 누르는 방향

   중력의 방향

4) speed on skating이라는 원서에서, 스켓은 미는 힘으로 나가는 것보다 스켓의 칼날이 얼음을 녹이는 힘으로 나간다(Glide)는 글을 보았다. 얼음을 눌러타면, 칼날이 얼음을 녹이는 힘이 더 강하리라고 추측된다.

 다. 다른 운동에서의 지면반력

높이뛰기 운동의 경우를 보자.

발구르기에서 도약력을 일으키는 요소은 지면 반력이다.

도약 높이를 증대시키기 위해서는 지면 반력을 크게 하고 발구르기 시간을 길게 해야 한다. 따라서 발구르기 직전에는 무게 중심을 낮게 유지하다가 이륙 시 무게 중심의 높이를 최대로 높게 하는 것이 유리하다.

1) 도약 전의 디딤발이, 중력의 방향으로 누르는 작용에 대한 반작용으로 도약력이 생기는 것이다.

2) 무게의 중심을 낮게 몸을 낮추어서,

    지면을 강하게 눌러야

    지면반력이 강해진다.

100m달리기 경우를 보자.

주자들이 내딛는 지면의 반력은 보통 체중의 2, 3배이다.

1) 100m 달리기 선수의 지면반력은

    1000m, 5000m의 달리기 선수보다 크기 때문에

    속도가 빠르다.

2) 100m 선수는 1000m 선수보다 땅을 더 꾹~ 꾹~ 눌러서 뛴다.

    달리기 선수들은 몸을 앞으로 기울이는데,  

    장거리 선수는 몸의 기울기가 10도, 단거리 선수는 15~20도 정도 앞으로 기울기를 준다.

    장거리 선수는 발의 딛는 부분이 뒷꿈치이지만, 단거리 선수는 앞꿈치이다.

    장거리 선수는 무릎의 각이 적지만, 단거리 선수는 무릎의 각을 주어야 한다.

    장거리 선수는 발목을 사용해서는 안 되지만, 단거리 선수는 발목을 사용한다.

    육상의 장거리와 단거리를 비교해 보았는데,

    단거리 육상선수는 상체를 앞으로 15~20도 내밀면서(전진형),

                                무릎의 각을 주고,

                                발목을 회전시키며,

                                발로 땅을 파내듯이 눌러서

                                몸을 앞으로 밀어내면서 달린다.

쿵후 일부 문파에서 진각이라는 것이 있는데

지면을 딛는 발의 반력이 허리와 상체로 올라와 팔로 전달되어 타격력을 더하는 것이 있습니다.

1) 태도권도의 앞차기도 딛는 발을 꾹~ 눌러서 차야 파워가 생긴다.

2) 스켓의 지면반력은 밀기의 파워를 상체에 전달되어, 스켓터를 빙면으로부터 더 강하게 밀어낸다.

스켓 선수의 밀기에 대한 지면반력은 일반 동호인들의 그것보다 강하기 때문에, 선수들이 밀기를 할 때, 그들의 몸이 앞으로 팍팍~ 차고나가는 듯한 가속력을 준다.

투포환의 경우를 보자.

반동력을 이용하여 다리→허리→몸통→어깨→팔→손→포환 순이다. 그런데, 지면 반력 이용 포환을 던지기 전에 낮고 안전한 자세를 취한다. 이 때 다리에서 발생하는 지면 반력을 최대로 이용하면 던지는 거리는 멀게 할 수 있다.

회전운동에 의해 쇠공을 멀리 던지는 투포환의 경우도,

1) 땅을 꾹~ 꾹~ 누르면서 회전해야 지면반력이 생기고,

2) 던지기 전에 지면 반력을 최대화하기 위해 낮은 자세를 취한다.

3) 그러니 낮은 자세를 스켓팅을 하는 것

4) 얼음을 꾹~ 꾹~ 눌러 타는 것은 지면반력을 크게 하는 중요한 요인이며,

5) 그래야 파워 있는 밀기가 될 것이다.

골프의 경우를 보자.

골프에서는 오른쪽 발보다는 왼쪽 발의 역할이 더 크다고 할 수가 있다.

다운스윙부터 임팩트 구간을 지날 때 왼발의 리드로 체중이 이동된다.

백스윙으로 축적된 힘을 임팩트로 가져가기 위한 전환 지점에서의 체중은 오른쪽 발보다 왼쪽발에 놓여야 한다.

축적된 힘을 임팩트 파워로 전환시킬 때의 왼발은 스윙의 균형을 놓고 봤을 때 매우 중요하다. 회전으로 생긴 힘과 균형을 유지하기 위해 왼쪽 발은 지면 쪽을 단단히 지탱해주어야 한다. 왼쪽 발을 단단히 지면에 고정해주면, 스윙의 원심력 제어가 된다. 왼발을 중력의 방향으로 꾹~ 눌러주면서 회전운동을 해야 파워가 생기는데 이를 전문 용어로 지면반력(Ground Reaction Force)이라 한다.

1) 스케이팅의 원리에 적용하면,

크로스오바(crossover)에서 넘기는 오른발보다 회전의 축이 되는 왼발의 지면반력이 중요하다.

2) 왼발을 꾹~ 눌러서 지면반력을 강하게 하면서, 오른발 cross-over를 해야 한다.

라. 스켓의 지면반력을 주는 방법

스케이트의 경우,

중력과 지면 반력을 잘 이용해야 하는데, 이를 위해서

(나의 경우, 노력하는 점을 적어놓습니다.)

1) 낮은 자세를 유지해야 한다.

    특히 하체와 상체의 안전장치인 히프가 낮아야 한다.

2) 무릎과 발목의 각을 주면서,

3) 무릎을, 새끼발까락에서 엄지발까락으로, 아래로 힘을 가하며, 누르면서 밀기(push-off)를 한다.

4) 크로스오버(cross-over)에서,

    지탱발인 왼발의 지면반력이 필요하기 때문에,

    반대로, 무릎을, 엄지발까락에서 새끼발끼락으로, 아래로 힘을 가하며, 누르면서 밀기(push-off)를 한다.

5) 역시, 상체를 15도 정도 앞으로 전진형 자세를 취한다.

    그래야 지면반력이 더 커지는 것으로 이해하고 있다.

그 이외에 특수한 기술이 있는 지는 잘 모릅니다.

3. 연구보고서 소개

(인터넷 기사)

“인라인 스케이트를 탈 때 무릎을 굽히고 자세를 낮추고 디디는 발과 앞으로 향하는 발의 각도가 90°로 미끄러지듯 주행해야 안전하고 빠르게 달릴 수 있다.”

효과적인 인라인 스케이트 주행 방법을 과학적으로 규명한 보고서가 나왔다. 대구과학고등학교 2학년 박진우 하승재(지도교사 김승동)군은 제50회 전국과학전람회에서 인라인 스케이트를 안전하고 빠르게 달릴 수 있는 방법을 과학적으로 분석한 보고서 ‘인라인 스케이트의 물리적 탐구’라는 주제로 참가해 물리부문 최우수상을 수상했다. 시상식은 10월 1일 열린다.

보고서에 따르면 인라인 스케이트를 탈 때 무릎은 굽혀야 무게 중심이 낮아져 더 안정적으로 설 수 있으며 잘 넘어지지 않게 된다고 한다.

박군과 하군은 탐구를 위해 지면반력측정기를 직접 제작했고, 가속도 등을 측정할 수 있는 측정기기, 캠코더 등 촬영기기 등을 활용했다. 더욱 강한 추진력을 위해서는 다리를 많이 접어서 끝까지 차야 하고, 추진의 마지막 단계에서 발목을 비틀면 더욱 강한 가속력을 얻을 수 있다고 한다. 디디는 발과 앞으로 향하는 발의 각도가 90°일 때 가장 큰 추진력을 낼 수 있다.

“발을 빨리 바꾼다고 속도가 빨라지는 것은 아니다”, “미끄러지듯이 타는 것이 뛰듯이 타는 것보다 위치에너지 손실이 적기 때문에 더욱 효과적인 주행을 할 수 있다” 등 초보자들의 오해를 풀어주는 탐구 결과도 있었다.

그밖에 학생들은 탐구를 통해 “몸을 숙이면 공기 저항력을 줄일 수 있기 때문에 더욱 효과적인 주행을 할 수 있다”, “50m 인라인스케이팅(가속운동)을 하면 약 1.247kcal의 에너지가 소비된다” 등 인라인에 대한 과학적인 정보를 얻어냈다.

두 학생은 보고서에서 “건강을 위한 레저 스포츠로 아주 큰 인기를 끌고 있는 인라인 스케이트를 타다가 재미를 느끼면서 인라인 스케이트에는 어떤 물리적 요소들이 있을까라는 의문을 가지게 됐다”며 “인라인 스케이트의 서기, 스타트, 달리기 등에 물리적 요소를 적용시키는데 목적을 두고 탐구를 시작했다”고 밝혔다.

지도교사 김승동 씨는 “이번 탐구의 결론 중에는 인라인 스케이트 동호인들이면 경험적으로 알 수 있는 내용도 있지만, 각 동작에 관련된 물리적 내용을 과학적으로 규명했다는 데 의미가 있다”고 설명했다.

<연구과제>

1) 다리의 각도가 90도일 때, 밀기의 가속력이 가장 강하다.

2) 끝까지 민다.(full extension)

    사실은 밀기의 처음 10%에서 가장 강력한 힘을 주고,

    나머지는 부드럽게 밀고,

    그리고,

    리카바리만 하면 된다.

3) 추진의 마지막 단계에서 발목을 비틀면, 강한 가속력을 준다.

   즉, 발목의  "snap"을 준다.

   사실 스켓에서는 "flick"가 난다고 해서 금기시하는 행동이다.

   강릉의 경포고등학교에 근무할 때, 인라인 선수들에게 "발목의 snap"에 대해서 물어보았다.

   인라인 마라톤에서 언덕을 오를 때, 발목의 snap"을 준다는 말을 들었다.

  그래야 강한 파워가 발생되어 언덕을 효과적으로 오를 수 있다고 한다.

  쇼트랙도 강한 파워를 주어야 할 부분이 있다면, "발목의 snap"이 필요하지 않을까?

  밀기의 초기 단계에서는 뒷꿈치로 밀다가,

  마지막 단계에서 "발목의 snap"을 주는 것이다.(단순한 가정이다.)