쇼트트랙 속에 숨은 과학

[아메리카노(채빈)]

쇼트트랙의 정식 종목이름은 쇼트트랙 스피드 스케이팅입니다. 쇼트트랙이라는 말은 요즈음 이상화, 모태범 선수들이 활약하고 있는 롱트랙 스피드 스케이팅 보다 짧은 트랙에서 경기하기 때문에 붙여진 이름입니다. 결승선에 먼저 도착하는 선수가 우승하는 방식으로 스피드 스케이팅보다 비교적 파워보다는 테크닉, 지구력, 순발력이 필요한 종목입니다.

* 빙상 3종목 : 스피드 스케이팅, 쇼트트랙 스피드 스케이팅, 피겨 스케이팅.

쇼트트랙 속, 선수들 속에 숨은 과학 !

1. 선수들의 허벅지, 코너워크 - 원심력을 이겨라~!! 

** 원심력이란? :

원심력은 물체의 관성과 관련된 힘입니다. 관성이란, 물체가 본래의 운동을 계속 유지하고자 하는 가상의 힘으로, 원심력은 그 운동이 원운동인 물체에서 나타나는 가상의 힘입니다. 힘의 방향은 원의 중심에서 멀어지려는 방향으로 작용합니다.

- 관성은 왜 가상의 힘일까요?

- 여러분이 버스를 탄 상황이라고 가정해봅시다~:) 버스가 갑자기 급제동, 급출발을 하면, 그 반대 방향으로 몸이 쏠리는 경험을 해보신적 있으신가요? 이처럼, 외부에서 정지해있는 물체에 힘이 가해질 때, 물체가 반대 방향으로 힘이 존재하여 작용한다고 느껴집니다. 하지만, 외부(물체의 밖)에서 보았을 때는 실제로 가해지는 것이 아닌 가상의 힘이기 때문에 관성을 가상의 힘이라 합니다.

< 구심력과 원심력의 방향 >

이에 반해 구심력은 실제 존재하는 힘인데요. 운동방향의 수직으로 작용하는 힘으로, 크기는 원의 중심방향으로 작용하는 구심력과 같습니다. 이 원심력과 구심력이 서로 평형을 이루고 있지 않을 때, 물체가 계속 동일한 원운동을 하게 되는 것입니다.

- 구심력의 크기 :

 

쇼트트랙은 111.12m의 작은 트랙에서 승부가 펼쳐지며, 트랙에서 코너가 차지하는 비중이 큽니다. 그러다보니, 코너에서 선수가 원심력을 이기는 것이 성적에 매우 중요합니다.

< 쇼트트랙과 스피드 스케이팅의 트랙 비교 > 

앞에서 본 원심력의 크기 공식을 다시 보면, 

( ∵원심력의 크기 = 구심력의 크기) 인데요.

이 공식을 통해 본, 코너에서 선수들이 원심력을 이기는 방법은 ① 속력을 줄여 원심력의 크기를 줄이거나, ② 속력을 그대로 유지하면서 원심력을 견기는 방법으로 나뉠 수 있습니다. 만약, 원심력을 이기지 못한다면, 원심력의 방향인 원운동 밖, (트랙 밖)으로 튕겨나게 됩니다. 

이러한 일을 막기 위해, 쇼트트랙 선수들은 튕겨나가는 힘, 원심력을 이기기 위한 훈련을 중점적으로 받는다고 합니다. 그 중에서 하나가 고무벨트를 허리에 걸고, 코너를 도는 ‘코너워크’ 훈련인데요. 지도자가 벨트를 당겨 가상의 원심력을 만든 다음, 선수들이 이를 극복하는 감각을 익히는 훈련이라고 합니다.

우리나라 선수들은 이 코너워크에 강점을 보여 상황에 따라 한쪽 발만을 사용하여 안쪽 코너를 돌 것인지, 양발을 번갈아 움직이며 바깥쪽 코너를 돌 것인지를 자유자재로 선택한다고 합니다. 

< 조선닷컴 사진 참조, 코너워크 훈련 >

또한 쇼트트랙 선수들은 원심력을 견뎌내기 위해 하체의 힘을 중점적으로 단련합니다. 작은 트랙에서 승부가 벌어지는 쇼트트랙은 상체의 근육보다는 하체의 힘, 순발력이 더 중요하기 때문입니다. 결과적으로 쇼트트랙 선수들의 허벅지는 다른 빙상 종목을 포함한 다른 어떤 종목 선수들 보다 허벅지가 굵습니다.

2. 왜 쇼트트랙 선수들은 허리를 굽힐까 ?!?? - 수직항력, 힘의 합력 !!

쇼트트랙을 보면 선수들이 경기 내내 허리를 굽히고 있는 것을 쉽게 살필 수 있습니다. 왜 굳이?! 힘들게 허리를 굽힌 채로 경기를 하는 것일까요? 

< 왜 쇼트트랙 선수들은 허리를 굽힌 상태로 경기를 할까 ? >

이는 중력가속도를 이용해 원심가속도를 상쇄시키기 위해서입니다. 몸을 비스듬하게 기울이는 만큼, 수직항력과 중력의 합력의 크기가 커져 원심력을 상쇄시킬 수 있습니다. 이를 이해하기 위해 수직항력의 의미를 알아보겠습니다~

< 중력과 수직항력의 합력으로 인해 상쇄되는 원심력 > 

** 수직항력이란 ?

중력은 지구로부터 물체가 당겨지는 힘으로, 힘의 방향은 물체의 바닥에 상관없이 지구중심방향을 향하여 수직입니다. 하지만, 수직항력은 바닥이 물체를 미는 힘으로, 바닥과 수직을 이룹니다. 따라서 바닥이 기울어지면, 수직항력도 기울어집니다. 

 3. 쇼트트랙 선수들의 주법 ?!?? - 호리병 주법 !!

쇼트트랙 선수들이 트랙을 호리병처럼 움직이는 것은 각운동량 보존법칙 때문입니다. 이를 설명하기 전에, 먼저 여러분~! 운동량 보존법칙에 대해서 알고 계신가요? 운동량 보존법칙은 직선 운동에서 물체가 가진 운동량은 외부 힘이 없다는 가정 하에 보존된다는 것인데요. 이는 원운동에서도 각운동량 보존법칙이라는 이름으로 적용됩니다. 

** 각운동량 보존법칙 :

원운동에서는 회전의 중심으로 부터의 거리( r )에 비례하여 운동량이 커집니다. 이를 각속도에 관한 식으로 정리하면, 선속도가 ( 회전중심으로 부터의 거리 X 각속도 )이므로, ①의 마지막 식처럼 각운동량은 회전관성( I )에 비례하는 것을 알 수 있습니다. 이 식을 각운동량 보존법칙, ②처럼 적용할 수 있습니다. 

이제 쇼트트랙 선수, A가 트랙을 일반 주법으로 경기 한다고 가정해보겠습니다.

쇼트트랙 선수, A의 회전관성은 회전 중심으로부터 A를 이루고 있는 입자 하나하나의 회전관성을 구해 모두 더한 값입니다. 위의 사진을 보면, 호리병 주법일 때가 일반 주법일 때보다 회전 중심으로부터의 거리가 크다는 것을 알 수 있습니다. 중심으로 부터의 거리가 커지면, 회전관성( I )이 커지고, 따라서 각운동량 보존법칙에 의하여, 상대적으로 속력은 줄어들게 됩니다. 결국, 쇼트트랙 선수, A는 호리병 주법으로 경기를 함으로서 다른 선수들에 비해 빠른 속도로 경기를 하게 되어 좋은 성적을 낼 수 있을 것입니다.

쇼트트랙 속, 장비 속에 숨은 과학 !

1896년 처음 시작된 올림픽으로부터 약100년이 지난 지금, 인간의 생체 능력에 의한 기록, 성과는 한계에 다다르고 있다고 합니다. 따라서 첨단기술이 접목된 스포츠 과학의 중요성이 점차 커지고 있는데요. 쇼트트랙에서도 스포츠의 과학화가 활발하다고 합니다.

1. 쇼트트랙 스케이트의 비밀 – 선수 개인을 위한 맞춤화 ~!!

쇼트트랙 스케이트 날의 길이는 스피드 스케이트와 비슷하지만 구두가 발목을 잡아줄 수 있을 만큼 높고 스케이트 날에서 구두까지의 높이 또한 높습니다. 이는 스피드 스케이팅에 비해 쇼트트랙의 트랙이 코너가 많아 스케이트가 기울어지는 정도가 크기 때문입니다.

반시계 방향으로 돌아가는 경기에 맞게 스케이트 날의 위치는 구두 중심에서 왼쪽으로 좀 더 치우쳐져 있고, 날의 방향 역시 왼쪽으로 원만하게 휘어져 있습니다. 여기서는 스케이트 날이 안쪽으로 휘어진 정도 ( 곡선율 )을 선수의 신체나 습관에 맞추어 찾아 코너에서의 효율적으로 경기를 할 수 있게 하였습니다. 심지어, 선수 한 명의 왼쪽, 오른쪽 스케이트 날의 휘어진 정도가 다를 정도라고 합니다. 스케이트 날 위치 하나에도 수많은 노력이 들어가 있는 것을 느낄 수 있습니다 ^^<!== Removed Tag Filtered (v:shapetype) --> 

< 쇼트트랙용 스케이트 : 코너를 돌기 쉽도록 날이 중심보다 왼쪽에 붙어있다.>

** 압력과 접촉면 사이의 관계 : 

접촉면 당 가해지는 힘이 크거나, 단위 힘이 가해지는 접촉 면적이 작으면, 압력은 커진다.

< 물의 상평형 그래프 >

얼음은 압력이 증가하면, 물로 상태 변화한다. ( 물의 상평형 그래프, 위 사진 참조 )

스케이트의 속도가 일정 이상이 되면, 스케이트와 물 사이에 수막이 생긴다. 이렇게 되면, 물이 생기지 않은 얼음 상태보다 스케이트 사이의 마찰력이 줄어들어 속도가 쉽게 줄어들지 않는다.

- 참고 자료 / 사진 :

국제과학비즈니스벨트 – http://blog.naver.com/isbb2030?Redirect=Log&logNo=20175476376&from=postView

세계빙상연맹 - http://www.isu.org/en/home

네이버 캐스트 : http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=20&contents_id=1858

네이버 지식백과: http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1164907&cid=40942&categoryId=31991

sbs 뉴스 - http://news.sbs.co.kr/section_news/news_read.jsp?news_id=N1002153745

http://www.powermasters.com/Centrifugal_Force.html

조선 닷컴 - http://www.chosun.com/se/news/200602/200602200095.html

록키의 나만의 세상 - http://blog.daum.net/ksrpinokio/7091188

스스로넷 뉴스 - http://www.ssronews.com/m/content/view.html?section=79&category=91&no=54131

하앍하앍 고래의 블로그 - http://blog.naver.com/sleepyer?Redirect=Log&logNo=150084159260

대한민국 쇼트트랙

대한민국의 쇼트트랙은 1985년 대표팀이 형성된 이후로 언제나 메달 밭이 었다. 1998년 알베르빌 동계 올림...

blog.naver.com

[출처] [2014 소치 동계올림픽 특집1] 쇼트트랙 속에 숨은 과학

[불덩이(이하영)]

말벅지!가 생기는이유가 있는거죠~ㅎ
즐감하고갑니다~