과학으로 보는 쇼트트랙 쇼트트랙힘장비경기장주법 최민정선수

쇼트트랙 전통 강국 우리나라! 과학적 원리의 집약체라고도 할 수 있는 쇼트트랙, 과학 원리로 보는 쇼트트랙 내용 살펴보세요. 

 

쇼트트랙 경기장 크기 (출처 평창동계올림픽 공식홈페이지)

• 쇼트트랙 경기장은 타원 모양으로 다음과 그림과 같으며, 한바퀴는 111.12m입니다.
• 500(4.5바퀴), 1500m(13.5바퀴)는 출발선과 결승선이 반대에 있습니다.
• 1000(9바퀴), 3000(27바퀴), 5000m(45바퀴) 계주는 출발선과 결승선이 같습니다.

 

쇼트트랙 선수가 스케이트를 탈 때 작용하는 힘

• 쇼트트랙 스케이트를 탈 때 직선 코스와 곡선 코스가 있습니다.
• 중력 - 선수를 지구 중심에서 잡아 당기는 힘
• 마찰력 - 물체의 운동을 방해하는 힘, 얼음에서 미끄러지지 않고 앞으로 나아가게 하는 힘
• 구심력 - 원운동 시 운동의 중심 방향으로 작용하는 힘
• 원심력 - 원운동 시 관성에 의해 바깥으로 작용하는 힘(실제 힘 아님)

마찰력은 운동을 방해하는 힘이지만 여기에서는 마찰력 덕분에 앞으로 나갈 수 있습니다. 왜냐하면 얼음을 미끄럽습니다. 얼음이 미끄러우며 앞으로 나가기 힘든데, 마찰력이 존재하기 때문에 앞으로 나갈 수 있습니다. 

중력은 물체가 지구가 물체를 끌어당기는 힘으로 운동 선수가 무게를 가지고 있으므로 중력을 가지고 있습니다. 구부린 가세는 공기의 저항을 최소화하여 빠른 속도로 앞으로 나가기 위함입니다.

구심력은 원운동 할 때 물체를 원의 중심 쪽으로 잡아당기는 힘입니다. 물체에 줄을 매달고 빙글빙글 돌리게 되면 끈을 잡고 있어야 물체가 원운동을 할 수 있습니다. 회전하는 물체를 원 중심으로 끌어당기는 힘이 구심력이며, 구심력은 물체의 질량이 클수록, 속력이 빠를수록 큽니다.

이 때 원의 중심을 기준으로 계속 회전하므로, 원운동의 바깥 방향으로 작용하는 관성력이 작용하고, 이를 원심력이라고 합니다. 자동차가 곡선 주로에서 회전을 할 경우, 몸이 바깥쪽으로 쏠리는 느낌을 받게 되는데, 이것이 바로 원심력입니다. 원심력은 회전하는 물체가 원 중심에서 멀어지려는 힘이다. 원심력은 어떤 실제의 힘이 아니라 가속 상태의 원 운동에서 관찰자가 느끼는 관성력을 의미합니다. 원심력은 구심력과 크기는 같고 방향은 반대로 작용합니다. 쇼트트랙 선수들이 직선에서 곡선 구간에 들어설 때 직선을 따라 계속 직진 운동을 하려고 하는 관성력이 원심력입니다. 

 

쇼트트랙 속 과학, 자리 유지 비결, 쇼트트랙 추월당하지 않기

쇼트트랙은 곡선 구간이 많고 선수들은 회전 운동에서 발생하는 원심력과 구심력의 영향을 받습니다. 핵심은 원심력 이겨내서 바깥으로 흘러나가지 않고, 몸을 기울여 구심력을 크게해야 자리를 유지할 수 있습니다.

• 쇼트트랙 스케이팅 시 곡선 주로에서는 관성에 의해 원심력을 크게 받아 바깥쪽으로 밀려나려고 합니다.
• 이 때 뒤쪽에서 따라가던 선수는 자세를 낮추고 몸을 안쪽으로 기울여 구심력을 크게 하면서 안쪽으로 치고 들어가는 것입니다. 구심력을 크게 해야 자리를 빼앗기지 않습니다.

곡선 구간이 많은 쇼트트랙에서는 원심력에 의해 몸이 바깥쪽으로 쏠려 미끄러지기 습니다. 원심력은 회전 운동을 하는 물체의 속도가 클수록 더 크게 작용하는데, 선수들이 매우 빠른 속도로 달리는 만큼 원심력에 의해 밖으로 튕겨나갈 것 같은 힘을 느낍니다. 그럼에도 쇼트트랙 선수들은 곡선에서 속도를 더 내 상대 선수를 추월하는데요. 곡선 주로에서 원심력을 이겨내는 것이 쇼트트랙의 승패를 좌우합니다.

이 때 선수들은 빙판을 왼손으로 짚고 회전 중심 방향으로 몸을 최대한 비스듬히 기울여 좀 더 안정적인 자세로 균형을 잡습니다. 구심력을 크게 하여 최대한 밖으로 밀려나지 않게 하는 것이 관건입니다.

구심력은 수직 아래로 작용하는 선수의 무게 힘과 스케이트 날이 얼음을 밀어내는 힘의 합성으로 이루어지는데 마찰력에 의한 구심력을 증가시키기 위해서도 스케이트 칼날의 에지를 이용해 얼음을 눌러 타고 스파이크를 이용해 마찰을 증가시킵니다.

 

쇼트트랙 스케이팅 기술 호리병 주법 (출처 과학기술정보통신부, 한국과학창의재단)

곡선주로 시작 전에 일부러 바깥 라인으로 나가서 속도를 줄이지 않고 인코스로 들어오면서 곡선주로를 타는 방법입니다. 호리병 주법으로 원심력을 최대한 활용합니다.

• 직선주로에서 곡선주로로 접어들기 직전에 밖으로 빠져나왔다가 곡선주로가 끝날 때 안쪽으로 들어가는 주법

회전 중심에서 멀어질수록 관성이 커져 속력이 줄어들기 때문에 직선 코스에서 호리병 모양으로 트랙을 돌아 속력을 높여 곡선 코스에서 추월을 하는 것입니다.

 

마찰력을 이기는 경기 복장 (출처 과학기술정보통신부, 한국과학창의재단)

쇼트트랙은 곡선 구간의 승부가 핵심인 만큼 코너 안쪽으로 몸을 최대한 기울여서 탑니다. 이 과정에서 넘어지는 것을 방지하기 위해 빙판에 손을 짚고 달리는데, 얼음에 닿을 때 최대한 마찰력을 줄이기 위해 장갑 손가락 끝 부분에 방수제의 일종인 에폭시 수지가 발라져 있습니다. 일명 개구리 장갑이라고 합니다. 에폭시 수지는 미끄러지는 것을 잘 잡아주고, 마찰에 의해서 소재가 잘 상하지 않습니다.

경기복은 빠른 스피드에 의한 공기마찰을 줄이기 위해 옷 전체적으로 미세한 홈이 파여 있습니다. 이는 공기가 매끈한 옷에 부딪힌 뒤 뒤로 밀려나면서 소용돌이를 일으키며 몸을 뒤로 잡아끄는 ‘견인 현상’을 완화시키기 위해서라고 합니다. 골프공 표면에 작은 홈(딤플)을 만들어 멀리 날아가게 한 것과 같은 원리입니다. 옷은 달라붙는 가벼운 특수 재질에 무게 150g, 두께 0.3mm 정도밖에 되지 않는다고 하네요. 또 경기복 허벅지 안쪽 부분에도 두 다리의 마찰을 줄여주는 특수소재의 안감을 덧붙였습니다.

 

쇼트트랙 스케이트

원활한 코너링을 위해 끝부분이 둥근 날을 사용합니다.

안정적인 코너링을 위해 발목이 있습니다.

트랙 회전 시 용이하게 양날 모두 밑창 왼쪽에 위치해있습니다.

곡선주로에 잘 적응하도록 날이 안쪽으로 미세하게 휘어져 있습니다.

날 가운데가 볼록해 얼음과 닿는 면적을 최소화 합니다.