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동계스포츠에 숨은 과학원리

제각각의 날 세운 빙상 가족들

| 글 | 김윤미 기자ㆍymkim@donga.com |

시속 140km로 활강하는 스키, 거미줄 막으로 덮인 보드복, 명품 스파이럴을 탄생시키는 새파랗게 날이 선 피겨스케이트….
자동차처럼 빠르게 달리고 새처럼 높이 나는 선수들 뒤에는 첨단기술로 만든 장비와 자연 법칙을 잘 이용하는 기술이 있다. 스케이트 날을 사용하는 빙상 가족들, 널빤지로 활강하는 스키 친구들, 썰매 3총사로 동계스포츠의 숨은 진면목을 알아보자.



곡선 주행의 마술 쇼트트랙
둘레가 111.12m인 타원 트랙에서 펼치는 스피드스케이팅 경기 중 하나. 쇼트트랙에서 가장 중요한 기술은 추월이다. 얼음과 날 사이의 놀라운 접지력을 이용하면 드라마틱하게 추월할 수 있다. 전체 코스에서 곡선구간의 비중은 48%. 하지만 선수들은 곡선구간을 진입하기 전과 빠져나온 뒤에도 곡선으로 주행하기 때문에 주행의 70∼90%는 곡선에서 이뤄진다.






 



배부르고 삐딱한 날의 비밀


쇼트트랙 스케이트화는 선수들의 발에 꼭 맞고 밀착해야 날 끝까지 힘이 정확하게 전달된다. 발목 부분은 발목 전체를 감쌀 만큼 높다. 곡선구간에서 스케이트화가 얼음판에 닿지 않게 하기 위해서다. 힘 전달에 중요한 뒤꿈치 부분은 딱딱한 탄소 소재를 6겹이나 덧대어 만든다. 전체 소재는 가볍고 강한 신소재인 케블라(Kevlar), 탄소섬유, 합성 소재를 주로 사용한다.

전통적으로 쇼트트랙 스케이트의 날은 길이가 롱트랙 스케이트에 비해 짧지만 최근에는 길어지는 추세다. 그만큼 선수들의 체력과 기량이 높아졌다는 뜻이다. 날 두께는 1.1~1.4mm 정도로 롱트랙 스케이트에 비해 두꺼워 단단하고 안정성이 높다. 쇼트트랙에서는 날을 바닥 쪽으로 살짝 볼록하게 만들어 좁은 반경의 곡선을 돌고 나서도 바로 치고 나갈 수 있도록 한다. 이렇게 날을 성형하는 방법을 ‘로그를 준다’고 한다.

쇼트트랙 스케이트는 롱트랙 스케이트에 비해 날을 더 불룩하게 만든다. 또 곡선구간에 맞게 스케이트 날을 미세하게 휘어 놓아 몸이 얼음에 붙을 정도로 누워도 넘어지지 않고 날 전면을 사용해 얼음을 지칠 수 있다. 날의 위치는 곡선구간을 쉽게 돌기 위해 양발 모두 중심선에서 왼쪽으로 치우쳐 있다.






 



TIP 키가 작아야 쇼트트랙을 잘한다?
롱트랙 스케이팅에 비해 곡선구간이 많은 쇼트트랙은 원심력을 극복하는 것이 중요하다. 키가 너무 크면 원심력 때문에 코너에서 튕겨나갈 수 있다. 하지만 키가 너무 작으면 속도를 내기가 힘들다. 따라서 쇼트트랙 전문가들은 “쇼트트랙이 키 165∼175cm의 선수들에게 적합한 운동”이라고 말한다.



‘탁탁’ 시끄러운 경주 롱트랙 스케이팅
둘레가 400m인 타원형 대칭 구조의 트랙을 도는 경기로 우리나라에서는 ‘스피드스케이팅’이라고 알려져 있다. 롱트랙 스케이팅은 상대를 견제하는 전술보다는 정확한 자세와 강한 스퍼트가 중요하다. 각 부위의 관절을 적절한 각도로 유지해 힘이 낭비되지 않도록 한다. 상체를 낮추면 공기 저항을 적게 받아 좋지만 너무 많이 숙이면 무게중심이 앞으로 이동하므로 얼음을 지칠 때 효율이 떨어진다.








스텝 옮겨도 빙판에 붙어 있는 스케이트 날


롱트랙 스케이트에서는 얼음을 밀치고 몸이 앞으로 이동하는 순간 스케이트화의 뒷굽에서 날이 분리된다. 즉 스텝을 옮겨도 스케이트 날이 빙판에 붙어 있다. 이때 ‘탁(clap), 탁’하는 소리가 난다고 해서 ‘클랩 스케이트’라고 부른다. 스텝을 옮기려 발을 떼어도 얼음판에 스케이트 날이 붙어 있기 때문에 끝까지 바닥을 밀어 힘을 낼 수 있고, 선수는 피로를 줄이는 효과가 있다. 롱트랙의 스케이트화는 쇼트트랙 스케이트화와 달리 발목 부분이 낮아 활동성이 좋다. 복사뼈를 완전히 감싸지 않기 때문에 스케이트화라기보다는 신발이란 느낌이 더 많이 난다. 측면 소재는 단단하고 열 성형이 가능한 탄소섬유를 주로 사용한다.

 

 




클랩 스케이트의 뒷꿈치에서 분리된 날은 최대한 얼음을 밀어내고 다음 스텝을 밟기 전에 돌아온다.
주목할 선수 '스피드스케이팅 이규혁 32·서울시청'
한국 스피드스케이팅의 자존심 이규혁 선수가 5번째 올림픽에 도전한다. 후배 이강석 선수와 함께 500m와 1000m 두 종목에서 우승을 노리는 이 선수는 지난 1월 17일 세계스프린트선수권대회에서 우승하고 2009년 12월 월드컵 4, 5차 대회에서 금메달 3개를 거머쥐면서 올림픽 금메달에 청신호를 보이고 있다.



‘엣지있는’ 점프와 회전 피겨스케이팅
음악에 맞춰 얼음 위에서 스텝, 스핀, 점프를 연기하는 종목이다.‘피겨스케이팅의 꽃’인 점프를 잘하려면 에지(스케이트의 날)나 토(앞 날)로 얼음과 마찰을 일으켜 높이 도약하고, 팔과 다리를 크게 벌려 회전 관성을 얻어야 한다. 하지만 몸이 돌기 시작하면 팔을 몸 쪽으로 최대한 밀착시켜 회전속도를 높인다.







‘새파랗게’ 날이 서야 명품 점프 한다
피겨용 스케이트는 발가락 앞쪽으로 날이 없다. 대신 스케이트화와 연결된 부위에 톱니 모양의 요철이 나 있다. 선수는 이 부분으로 얼음을 파거나, 멈추고, 방향을 바꾸고, 뛰어오른다. 스케이트화는 여러 겹의 가죽을 덧대어 만든다. 스케이트화의 바닥과 날을 연결하는 부분도 나무 같지만 사실 가죽이다. 가죽은 스핀이나 점프를 할 때 비틀리는 힘을 견디면서도 유연하기 때문. 스케이트화의 바닥 중간에는 일종의 경첩을 달아 선수가 몸을 앞뒤, 좌우로 기울여도 중심을 잃지 않게 돕는다. 뒤꿈치 부분에 수직방향으로 홈을 파면 아킬레스건이 긴장하는 것을 막을 수 있다. 발가락 쪽으로 무게중심을 더하려면 발꿈치 바닥 쪽을 높이기도 한다.

피겨스케이트 날의 두께는 스케이트 종목 중에서 가장 두껍다. 점프 후 착지할 때 안정감을 높이기 위해서다. 날 바닥은 평평하지 않고 가운데가 약간 움푹 패여 있어 양쪽 가장자리가 날카롭게 솟아 있다. 이 두 개의 날카로운 부분을 ‘에지’라고 부른다. 에지는 얼음을 파서 균형을 맞추고 강력한 도약을 하는 데 중요한 역할을 한다. 에지는 쇼트트랙과 롱트랙 스케이트, 아이스하키 스케이트 날에도 있지만 피겨스케이트가 가장 깊다.

스케이트화는 여러 겹의 가죽을 덧대어 만든다. 스케이트화 바닥도 나무 같지만 사실 가죽이다.
TIP 왜 스케이트 날은 철로 만들까
우선 철은 강도가 높아 쉽게 닳지 않는다. 때문에 오직 에지로만 서 있어도 높은 압력을 견딘다. 두 번째, 열 전도성이 낮다. 얼음 위에서 미끄러질 수 있는 이유는 날이 얼음을 누를 때 발생하는 마찰력이 얼음 위에 수막(물의 막)을 만들기 때문. 열 전도성이 낮으면 열이 날로 흡수되지 않으므로 수막이 더 오래 남아 있는다.




주목할 선수 '피겨스케이팅 김연아 20·고려대'
‘피겨여왕’의 우승 세리머니가 밴쿠버의 얼음판 위에서도 펼쳐질 것인가. 2006년 시니어 무대에 데뷔한 이후 참가한 대회에서 메달을 목에 걸지 못했던 적이 단 한 차례도 없는 그녀. 부디 그녀가 원하는 ‘완벽한 연기’, ‘사람들에게 행복을 주는 피겨’를 올림픽 무대에서 완성하길 바란다.



시속 160km의 슈팅 아이스하키
아이스하키(ice hockey)라는 명칭에서 하키는 프랑스어로 막대기(hocquet)를 뜻한다. 아이스하키는 ‘퍽’이라 불리는 원반 모양의 고무공을 스틱으로 치는데, 이때 무게중심을 뒷다리에서부터 스틱으로 옮겨와 강하게 휘두르면 퍽의 속도가 시속 160km에 이를 만큼 빠르다.








투박해 보여도 가볍고 날쌘 스케이트
피겨스케이트처럼 앞쪽에 날이 없고 발목이 높다. 하지만 피겨스케이트보다 날이 짧고 가벼워서 빠르게 멈추고 방향을 바꾸기가 쉽다.아이스하키에서는 퍽을 뺏거나 방어하기 위해 상대 선수와 몸을 부딪치는 것이 허용된다. 또 스틱에 맞거나 날에 베일 수 있어 항상 부상의 위험이 크다. 따라서 아이스하키용 스케이트화는 충격을 흡수하고 선수의 발을 보호하기 위해 강하고 단단한 탄소 소재와 폭신한 스펀지 재질로 돼 있다. 선수들은 하키용 헬멧, 마스크, 마우스피스, 팔꿈치 보호대, 장갑, 무릎 및 정강이 보호대 등 각종 장비를 착용해야 한다. 모든 장비의 무게는 22kg에 이르기 때문에 선수들은 경기를 하면서 2~3kg 정도 몸무게가 빠진다고.







아이스하키는 6명의 선수로 구성된 두 팀이 얼음 위에서 ‘퍽’이라 불리는 원반 모양의 고무공을 스틱으로 쳐서 상대 골문에 넣는 경기이다.








마찰력과 '눈 맞은' 널빤지 친구들 평지에선 짧고 경사면에서 긴 스키
길고 평평한 플레이트를 구두나 장화에 부착하고 눈 쌓인 경사면을 내려오거나 평지에서 경주하는 경기이다. 평지에 가까운 코스를 주행하는 경기(노르딕스키)는 폭이 좁고 길이가 짧은 스키를 사용하는 반면, 가파른 경사면을 빠르게 내려오는 경기(알파인스키)는 안전하게 내려오기 위해 폭이 넓고 길이가 긴 스키를 사용한다.







눈 표면에 스키 날 세워 원심력 극복
알파인스키의 세부 종목 중 하나인 ‘활강’은 공기 저항을 피하기 위해 무릎을 굽힌 웅크린 자세로 내려온다. 선수들의 평균 속력은 시속 90~140km. 코스에 물이나 소금을 뿌리기도 하는데, 눈 표면(설면)을 살짝 얼리면 마찰력이 작아져 속도가 높아진다. 또 표면에 스키자국이나 돌출이 생기지 않아 오히려 안전하다. 60~70개의 기문을 통과하는 ‘회전’경기는 이동 경로를 줄이기 위해 직선에 가까운 턴을 한다. 이때 스키 날을 설면에 세워 원심력을 극복하고 스키의 탄성력을 이용해 빠르게 몸을 회전한다. 이때 선수들의 무릎에 가해지는 무게는 자기 체중의 6배에 달한단다. 이런 기술을 카빙이라고 하며, 카빙을 하기 위해 옆 날이 둥글게 파인 스키(카빙스키)를 사용한다.

한편 노르딕스키 중 ‘스키의 마라톤’이라고 불리는 크로스컨트리는 지면 상태와 기온에 따라 스키 바닥에 왁스를 칠해 기동력을 높인다. 언덕을 오르거나 기온이 낮을 때 파라핀과, 봉밀(꿀) 같은 물질로 만든 왁스를 스키 바닥 가운데에 바르면 뒤로 밀리지 않는다. 반대로 기온이 높을 때는 스키 앞뒤에 마찰을 줄이는 미끄러운 왁스를 바른다.







(왼쪽)둥글둥글한 언덕을 쉴 새 없이 내려오는 모글 스키는 뒷부분이 딱딱한 플레이트를 사용한다. 언덕을 내려올 때 스키 뒷면으로 언덕을 강하게 누르며 충격을 흡수하기 위해서다. (오른쪽) 턴을 할 때 스키 날을 설면에 세우고 스키의 탄성력을 이용해 빠르게 몸을 회전하는 기술을 카빙이라고 한다.
주목할 선수 크로스컨트리 이채원 29·하이원
10년 동안 크로스컨트리 국가대표 선수로 활동해왔지만 이채원이라는 이름은 아직 낯설다. 크로스컨트리 종목 자체에 대한 국내 인지도가 낮기 때문이다. 하지만 그녀는 동계체전에 14번이나 참가하면서 금메달만 41개를 따낼 만큼 빛나는 기록을 세워왔다. 비록 세계적인 수준에는 미치지 못하지만 자신과의 싸움을 즐기고 있는 그녀에게 박수를 보낸다.



속도와 묘기의 조화 스노보드
널빤지처럼 생긴 보드 위에 두 발을 모두 올려서 눈 위를 내려오는 스노보드는 평행대회전, 하프파이프, 크로스 세 종목으로 나뉜다. 하프파이프는 파이프를 반으로 잘라 놓은 것 같은 슬로프에서 양쪽 끝을 왔다 갔다 하며 공중동작을 펼치는 종목이고, 평행 대회전은 기문을 통과해 내려오는 알파인 스키 대회전과 비슷하다. 기문을 통과하고 둑을 넘는 크로스는 속도와 묘기 요소를 혼합한 종목이다.








비스듬히 두 바퀴 도는 고난이도 공중동작
하프파이프의 공중동작에는 위아래로 회전하는 플립, 좌우로 회전하는 로테이션 스핀, 보드를 손으로 잡는 그랩 등 다양한 기술이 있다. 정확한 순간에 큰 힘으로 벽을 차고 올라가야 하고, 진입속도가 빨라야 높이 올갈 수 있다. 이번 올림픽에서는 공중에서 몸을 대각선 방향으로 비틀어 두 바퀴 도는 ‘더블코크’가 메달의 향방을 가를 것으로 보인다. 보드바닥은 평평해야 눈과의 마찰력을 줄일 수 있다. 금강석(다이아몬드), 실리콘카바이드 등으로 만든 돌로 바닥을 균일하게 다듬는다. 수분이 통과할 수 있는 미세한 홈을 만들어 마찰력을 감소시키는 방법도 사용한다.












TIP 거미줄 막으로 덮힌 보드복
보드복에는 외부로부터 물을 막아내는 방수기능과 내부의 수분을 밖으로 배출하는 투습기능이 함께 갖춰져 있다. 천연섬유 자체가 방수와 투습 성질을 동시에 가질 수는 없으므로 고어텍스와 폴리우레탄 같은 방수투습 원단을 옷감에 접착하거나 코팅한다. 이 원단에는 물 분자보다 작고 수증기 분자보다는 700배 정도 큰 구멍이 거미줄처럼 뚫려 있다. 외부의 물 분자는 구멍에 막히거나 원단 구조가 복잡하기 때문에 들어오지 못하지만 내부에서 생긴 수분은 몸을 움직일 때마다 내부공기와 함께 구멍을 통해 몸 밖으로 잘 빠져나간다.



주목할 선수 스노보드 김호준 20·한국체대
한국 스노보드 사상 처음 올림픽 출전권을 따냈다. 8살 때 우연히 스노보드를 접하고 서울에서 강원도로 전학을 갔다는 그는 진정 스노보드 마니아. 지난해 3월에 출전한 월드컵대회에서 대한민국 스노보드 선수로는 최초로 파이널에 진출해 올림픽 결선 진출이라는 목표에 한층 다가섰다.



시속 150km ‘총알 탄’ 썰매 3총사 쪼그려 앉아 머리 푹 숙이는 봅슬레이
산 경사면에 설치된 얼음 코스(트랙)를 브레이크와 핸들이 장착된 강철제의 썰매를 타고 가능한 한 빨리 활주해서 내려오는 경기이다. 봅슬레이에 탑승한 선수들은 항력(앞으로 나가는 물체에 저항하는 공기의 힘)을 줄이기 위해 머리를 푹 숙인다.







커브 돌 때 높은 벽 탈까, 낮은 벽 탈까
수백 분의 1초로 승패가 결정되는 만큼 빠른 스타트가 무엇보다 중요하다. 봅슬레이는 무거울수록 속도가 빠르다. 하지만 출발할 때 선수들이 썰매를 밀며 달려야 하기 때문에 썰매 자체의 무게는 최소화하는 것이 좋다. 선수들은 마찰이 큰 스파이크가 달린 신발을 신고 얼음을 박찰 때 반작용의 힘으로 달려 나간다. 달려 나가는 거리는 15m 정도. 속도는 시속 40km 정도 된다. 모든 봅슬레이에는 동일한 중력이 작용하지만 운동 상태와 장비에 따라 항력, 마찰력, 운동에너지가 달라진다. 항력을 줄이기 위해 썰매는 항공역학적으로 디자인하고, 날의 표면을 부드럽게 다듬어 마찰력을 줄인다.

커브를 돌 때는 빠른 속도를 유지하면서도 최단 거리로 움직이는 것이 중요하다. 높은 벽을 타고 커브를 돌면 속도는 빠르지만 이동 거리가 길어지면서 최종 주행시간이 늘어난다. 반대로 낮은 벽을 타고 커브를 돌면 이동거리는 짧지만 원심력이 줄기 때문에 속도가 느려진다.








TIP 커브 벽 50cm 이상 세운 트랙
콘크리트 트랙 위에 냉각파이프를 설치해 얼음으로 덮인 표면을 만든다. 250m 정도부터는 시속 80~100km의 속도가 나올 수 있게 트랙을 만들고, 결승선에 다다르기 전 100m 정도는 썰매의 속도를 줄일 수 있도록 약간 위로 경사지게 만든다. 커브를 돌 때 봅슬레이에 미치는 압력은 중력의 4배. 커브의 벽은 원심력으로 봅슬레이가 튕겨나가는 걸 막기 위해 벽 높이를 50cm 이상 세운다.



주목할 선수 봅슬레이 강광배 38·강원도청
한국에서 썰매 종목을 개척한 그의 노력은 눈물겹다. 스키강사로 일하다가 십자인대가 파열되는 부상을 입었지만 이듬해 루지 선수가 돼 1998년에는 나가노 동계올림픽에 출전, 이후 또 다시 부상을 당하고 대표선수 자격을 박탈당했지만 혼자 대한봅슬레이-스켈레톤 연맹을 만들고 2006년 토리노 동계올림픽에 스켈레톤 선수로 출전했다. 올해에는 봅슬레이에서 4인승, 2인승 종목 모두에 도전한다.



앞으로 엎드려 타는 스켈레톤
스켈레톤은 루지와 반대로 엎드린 자세로 머리부터 내려간다. 봅슬레이와 마찬가지로 스파이크가 달린 신발을 신고 달려가다가 50m 지점에서 썰매 위로 뛰어올라 탑승한다. 이때 속도를 줄이지 않는 것이 중요하다. 선수는 몸의 무게중심을 옮겨 방향을 조절한다. 멈출 때는 발을 얼음에 대고 마찰을 준다. 속도는 시속 140km 정도. 유리섬유 또는 철로 된 썰매는 생김새가 사람의 뼈대를 닮았다고 해서 ‘스켈레톤’이라고 지었다. 선수와 썰매를 합한 무게가 남자는 115kg, 여자는 92kg로 제한이 있다. 선수는 몸에 딱 맞는 고무 재질의 슈트를 입는다. 헬멧은 선수의 머리뿐 아니라 얼굴 모두를 보호해야 한다.








뒤로 누워 타는 루지
루지(luge)는 프랑스어로 썰매를 뜻한다. 루지는 뒤로 누운 채 다리부터 내려가기 때문에 도움닫기가 없다. 따라서 다른 썰매들과 출발 장소가 다르다. 얼음 바닥을 양손으로 쳐서 속력을 높인다. 머리나 어깨의 무게중심을 변화시켜 방향을 튼다.탄소 소재로 제작된 루지에는 핸들이나 조종대가 없고 선수는 가죽 고삐를 당기고 다리로 누르면서 썰매를 조종한다. 썰매의 무게는 1인승은 23㎏, 2인승은 27㎏ 이내여야 한다. 속도가 매우 빠르고 선수들의 기량이 엇비슷하기 때문에 쇼트트랙과 함께 유일하게 1000분의 1초까지 계측한다. 속도는 154km 정도.








TIP 날 온도 측정해 실격시키는 규정
썰매는 규정된 강철로만 만들 수 있고 다른 재료나 별도의 작업은 허용되지 않는다. 날 두께가 얇고 마찰력이 적을수록 빠르게 주행하지만, 이 역시 규정이 있어 날의 두께를 규정 이상 얇게 하거나 날에 도금, 코팅, 윤활유를 바를 수 없다. 경기 관리자들은 경기 전후에 날의 온도를 측정해 이들의 차이가 4°C 이상 나면 날에 특수한 처리를 했다고 보고 실격시킨다.



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