곡선 위의 승부, 쇼트트랙

우리나라 사람들이 가장 기대하는 동계 올림픽 종목 하나를 꼽으라하면 단연 쇼트트랙이다. 쇼트트랙의 정식 종목 이름은 쇼트트랙 스피드 스케이팅(short track speed skating)으로 기존의 400m 트랙에서 경기하던 롱 트랙 스피드 스케이팅보다 짧은 트랙에서 경기하기 때문에 이름 붙여졌다.

쇼트트랙 경기장의 둘레는 111.12m에 불과하다. 이 중 곡선 구간이 거의 절반을 차지하여 쇼트트랙은 ‘곡선에서 펼치는 스피드 스케이팅’이라 할 수 있다. 쇼트트랙 선수들은 직선 구간에서도 속도를 내기 위해 계속 곡선처럼 움직이기 때문에 실제로 선수들이 움직이는 이동 궤적의 80~90%는 곡선 운동이다.

쇼트트랙 경기장은 곡선 구간이 길어 이를 어떻게 돌파하느냐에 승패가 달려 있다. 사진출처: 평창 동계올림픽 공식 홈페이지

쇼트트랙은 원심력을 이기는 운동

쇼트트랙은 곡선 구간이 많고 특히 스피드 스케이팅 중 곡률이 큰 편이기 때문에 선수들은 회전 운동에서 발생하는 원심력과 구심력의 영향을 받는다. 곡선 주로를 달리는 쇼트트랙 선수는 원운동에서 가속하는 상태에 놓여 있다.

여기서 구심력은 원운동을 하고 있는 물체에서 원 중심 방향으로 작용하고 있는 힘을 말한다. 물체에 줄을 매달고 빙글빙글 돌리게 되면 끈을 잡고 있어야 물체가 원운동을 할 수 있다. 회전하는 물체를 원 중심으로 끌어당기는 힘이 구심력이며, 구심력은 물체의 질량이 클수록, 속력이 빠를수록 크다.

원심력은 회전하는 물체가 원 중심에서 멀어지려는 힘이다. 원심력은 어떤 실제의 힘이 아니라 가속 상태의 원 운동에서 관찰자가 느끼는 관성력을 의미한다. 원심력은 구심력과 크기는 같고 방향은 반대로 작용한다. 쇼트트랙 선수들이 직선에서 곡선 구간에 들어설 때 직선을 따라 계속 직진 운동을 하려고 하는 관성력이 원심력이다.

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

그렇다면 원심력은 어떻게 극복할 수 있을까? 쇼트트랙 선수들은 옆으로 기울인 상태로 곡선 구간을 돈다. 이 자세는 원심력을 극복하고 구심력을 증가시키는 자세이다. 구심력을 키워 원심력을 상쇄하는 것. 선수들은 빙판을 왼손으로 짚고 회전 중심 방향으로 몸을 최대한 비스듬히 기울여 좀 더 안정적인 자세로 균형을 잡는다. 구심력은 수직 아래로 작용하는 선수의 무게 힘과 스케이트 날이 얼음을 밀어내는 힘의 합성으로 이뤄진다. 마찰력에 의한 구심력을 증가시키기 위해서도 스케이트 칼날의 에지를 이용해 얼음을 눌러 타고 스파이크를 이용해 마찰을 가한다.

쇼트트랙 선수의 특유의 자세는 원심력을 극복하기 위한 과학적 자세다. 사진출처: 국제빙상연맹(ISU)

쇼트트랙의 ‘메달밭’인 우리나라의 선수들이 훈련하는 모습을 보아도 쇼트트랙에서 원심력을 이기는 기술이 얼마나 중요한지 짐작할 수 있다. 선수들은 코너를 빠르게 잘 달릴 수 있도록 고무벨트를 걸고 사람이 잡아당겨도 넘어지지 않도록 훈련하기도 한다.

코너링을 위한 쇼트트랙 장비의 과학

곡선을 잘 달리게 하는 데 스케이트 장비도 한몫한다. 쇼트트랙은 다른 스케이트 신발과는 달리 날이 왼쪽으로 휘어져 있다. 반시계 방향 즉 왼쪽으로 돌며 곡선 구간이 많은 종목의 특성을 반영한 결과다. 날이 직선이었다면 곡선에서 앞뒤만 얼음에 닿아 미끄러지기 쉬울 것이다. 휜 날은 곡선에서 최고의 속도를 내게 하며 트랙을 벗어나지 않게 도와준다. 휘는 각도를 조절하는 이 벤딩(bending) 기술은 2000년대 초반까지만 해도 한국이 독보적인 기술을 가지고 있었다. 날이 휘어진 정도를 측정해주는 기계가 등장하고 기술이 전파되면서 평준화됐다.

날이 휘어진 것 외에 구두에 달려있는 날의 위치도 특이하다. 스케이트 날은 중심을 잡기 위해 보통 스케이트화 한가운데 붙어 있지만 쇼트트랙 스케이트 날은 선수들이 몸을 왼쪽으로 많이 기울이는 만큼 중심에서 약간 왼쪽으로 치우쳐 있다.

쇼트트랙 스케이트는 회전을 용이하게 만들기 위해 날이 스케이트화 왼쪽에 위치한다. 사진 출처: dongasnc

또 신발과 스케이트날 사이의 간격도 스피드 스케이트용보다 높은 편이다. 곡선에서 몸을 많이 기울이다 보니 신발 옆면이 얼음에 닿는 경우가 있었다. 그래서 신발과 날 사이를 2~7mm 높였더니 몸을 안으로 더 기울일 수 있는 효과를 보았다. 이러한 쇼트트랙 스케이트의 특징들은 모두 코너링의 움직임을 좋게 하기 위해서이다. 날의 길이, 곡률 등은 선수 개인의 특성에 따라 차이가 있다.

허리를 굽힌 상태로 경기를 진행하는 쇼트트랙의 특성상 경기복도 특수 재질로 제작됐다. 딱딱한 우레탄 소재와 라미네이트 등을 사용해 선수들의 허리가 쉽게 들리지 않도록 잡아줘서 선수들이 좀 더 편하게 트랙을 돌 수 있다. 선수들이 경기를 끝낸 뒤에도 한동안 몸을 앞으로 구부린 상태로 휴식을 취하며 트랙을 도는 이유가 여기에 있다.

선수 체형에도 과학적인 원리가 숨어 있다. 원심력이 중요하기에 선수의 키가 너무 크면 무게 중심을 잡기 힘들고 코너에서 튕겨나갈 수도 있다. 반면, 키가 너무 작을 경우 속도를 내기도 힘들다. 따라서 쇼트트랙 선수의 체형은 키 165~175cm가 적당하다.

출발할 때 몇 번째 선수가 유리할까?

쇼트트랙은 모든 선수가 같은 선에서 출발한다. 출발 위치는 첫 경기 때만 추첨을 통해서 정하고 그 이후로는 기록이 좋은 순서대로 1번부터 선다. 3번, 4번은 달리는 거리가 멀어지기 때문에 불리하다. 맨 안쪽의 1번은 회전 반경이 제일 짧아 원심력을 가장 많이 받는다. 다른 선수들의 추월 시도 때문에 넘어질 위험성도 많다. 곡선 구간에 들어가기 전 곡률을 조절할 수 있는 2번이 제일 유리하다고 할 수 있다.

우리나라 국가대표 선수들은 역대 쇼트트랙 경기에서 아주 좋은 성적을 거둬왔다. 평창 올림픽에서도 원심력을 이기는 최고의 기술로 또 한 번 승리의 기쁨을 맛볼 수 있기를 기대해본다.

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(출처 : 과학기술정보통신부 · 한국과학창의재단)