스포츠 ‘속’ 숨어있는 놀라운 과학의 세계

2012 런던올림픽에서 우리나라는 금메달 13개를 획득하며 종합 5위라는 역대 최고의 성적을 거두었습니다. 아시아 최고를 뛰어넘어 이제는 세계의 스포츠 강국으로 당당히 이름을 올린 대한민국, 그 뒤에는 선수와 지도자의 피나는 노력과 함께 스포츠과학의 숨은 공로가 있었습니다.

 

스포츠과학이란 스포츠와 관련된 운동선수들의 심리적, 물리적인 현상들을 찾아내고 분석하여 더욱 효과적으로 스포츠 활동을 할 수 있도록 도와주는 것입니다. 스포츠와 과학은 이제 떼려야 뗄 수 없는 관계가 되었다고 볼 수 있습니다. 초기 스포츠과학이 장비와 도구에 집중되어 있었다면 현재에는 훈련과 심리적인 부분까지 중요한 역할을 담당하고 있습니다.   

 

올림픽에 대한 열기가 뜨거웠던 만큼 경기를 지켜보면서 첨단 스포츠과학 기술에 관한 관심도 높았는데요, 마침 올림픽에 등장하는 다양한 운동을 실내에서 체험하며 그 속에 숨은 과학을 배울 수 있는 <스포츠과학 특별전>이 열리고 있어 그 현장에 다녀왔습니다. 올림픽 금메달의 숨은 비밀, 스포츠에 숨어있는 과학원리는 무엇인지 함께 떠나보실까요? 

 

◆ 육상 경기에서 '스타팅 블록'을 설치하는 이유는?

<스포츠과학 특별전>은 체력측정, 체험스포츠, 가상 스포츠의 3개 코너로 이루어져 있으며, 행사장에서 가장 먼저 만나게 되는 [체력측정 Zone]에는 '스트레칭 체조', '건강 체력진단', '체지방 측정', '자전거 체험', '출발 반응 체험' 등의 다양한 코너가 마련되어 있습니다.

 

특정한 움직임이나 운동에 대한 몸의 적응 능력을 체력이라고 하며, 체력에는 유연성, 민첩성, 근력 및 근지구력, 심폐 지구력 등이 있습니다. 우리 몸의 건강 상태를 알 수 있는 중요한 기준으로 건강한 삶을 위해 규칙적인 운동을 통해 체력을 키우는 것이 매우 중요합니다.

↑자전거 체험

민첩성, 근력, 유연성 측정을 통해 자신의 체력이 어느 정도인지 파악할 수 있는데요, 이 세 가지가 왜 중요한지 알아볼까요?

민첩성은 위험상황을 예방해 주고 특히 중추 신경계를 발달시켜 운동능력 향상에 도움을 줍니다. 근력을 키워야 하는 이유는 골다공증과 요통을 예방해주며 효과적인 체중 조절을 위한 기초 대사량 증가에 도움을 주기 때문입니다. 우리 몸 관절 부분의 부드러움 정도를 나타내는 유연성은 평소에 윗몸 앞으로 굽히기 등으로 키울 수 있으며 유연성이 향상되면 부상을 예방하고 신체 활동의 효율성이 좋아진다고 합니다.

 

'출발 반응 체험' 코너에서는 스타팅 블록(starting block)을 이용해 스타트 힘과 반응 시간을 측정해볼 수 있습니다.

2008년 베이징 올림픽 3관왕에 이어 2012년 런던 올림픽 3관왕까지 대기록을 세운 우사인 볼트의 경기 모습을 보셨지요? 출발 신호가 울리기가 무섭게 번개처럼 달려나가는 단거리 육상 경기 출발 지점에는 발이 미끄러지는 것을 방지하기 위해 '스타팅 블록'이 설치되어 있습니다. 선수들은 출발 소리가 울리면 스타팅 블록을 박차고 뛰어나가게 되는데, 이때 선수가 블록에 가하는 힘을 작용이라고 하면, 스타팅 블록에는 선수를 반대 방향으로 밀어내는 반작용의 힘이 작용합니다. 선수들은 이 블록을 힘차게 밀치고 나가면서 더욱 빠르게 달릴 수 있습니다.

↑ 출발 반응 체험

그리고 무엇보다 운동 후 스트레칭의 중요성도 빼놓을 수 없습니다.

운동을 한 후에 몸이 너무 피곤한 이유는 운동할 때 발생하는 피로 물질인 '젖산'이 우리 몸 안에 쌓이면서 근육이 피로를 느끼기 때문인데요, 스트레칭을 하면 젖산의 분해에 도움을 주고, 이를 통해 경기력 향상은 물론 부상을 방지해 주고 근육통 예방에도 효과가 있답니다.

 

◆ 탁구에서 서브를 넣을 때 공을 높이 띄우는 이유는?

[체험 스포츠 Zone]에는 각각의 운동 원리를 배우고 체험해보는 조정, 스크린 승마, 암벽 등반, 축구, 농구, 탁구 체험이 있습니다.

 

특히 '승마 체험' 코너에는 스크린을 보며 실제로 말을 타는 기분을 느낄 수 있어 학생들에게 인기가 높았습니다. 승마의 운동 효과는 탁월한 유산소 운동, 최고의 다이어트, 골반·괄약근 등 근육 강화, 장 기능 강화, 척추 교정, 정신력 강화, 성장 발육 등으로 한두 가지가 아닌데요, 예민한 말을 잘 다루기 위해서 승마자는 리듬감과 균형감을 살려 말의 움직임과 방향을 잘 조절하는 것이 매우 중요합니다.

↑ 승마 체험

 

보기에는 별로 어렵지 않게 느껴졌던 '암벽 등반 체험'도 실제로 해보니 만만치 않았습니다. 암벽 등반은 등반자(climber)의 힘, 지구력, 민첩성, 균형뿐만 아니라 마인드 컨트롤까지도 요구되는 운동입니다. 위험한 운동이라고 생각될 수 있으나, 등반 기술과 암벽 등반용 장비(로프, 하강기, 헬멧, 카라비너, 암벽화, 안전 벨트 등)를 사용하면 안전을 지킬 수 있습니다.

 

손으로 하는 운동이라고 알고 있었던 탁구가 허리로 하는 운동이라는 것, 알고 계셨나요?  

탁구 경기에서 높이 공을 던져 서브를 넣는 이유가 무엇일까 궁금했었는데 그 궁금증도 탁구 체험에서 해결했습니다.

탁구공이 가장 높이 떠서 정점에 다다랐을 때 위치에너지는 최대가 됩니다. 따라서 공을 높이 띄울수록 운동에너지도 증가하고, 결국 운동에너지가 커지면 이 힘에 비례해서 빠르게 서브를 넣을 수 있다고 합니다.

 

↑ 탁구 체험(좌), 농구 체험(우)

◆ '스크린 골프'는 어떻게 만들어질까?

[ 가상 스포츠 Zone ]에는 스크린 골프, 게이트볼, 스노우보드, 3D 스포츠 게임, 라이트 스페이스플레이, 야구 체험이 있는데요, 특히 3D 스포츠 게임은 학생들에게, 스크린 골프는 어른들에게 가장 인기 있는 코너였습니다.

 

밝게 빛나는 LED 조명을 손으로 터치해서 즐기는 '라이트 스페이스 플레이', 사용자의 머리부터 발끝까지 신체 부위를 감지하는 키넥트 센서를 통해 컨트롤러 없이 온몸을 사용하여 즐기는 '키넥트 게임'에는 온몸이 땀에 흠뻑 젖을 만큼 에너지를 쏟아내는 학생들로 북적였습니다.

 

스노우보드 체험은 스노우보드 시뮬레이터 밑면에 네 개의 압력센서가 장착되어 있어 사용자의 움직임에 따라 무게중심을 계산하여 실제 스키장 위에서 스노우보드를 타는 것과 같은 느낌의 시각적 효과를 보여줍니다.

↑ 좌로부터 게이트볼, 스노우보드, 3D 스포츠 게임

  

게이트볼 체험을 하면서 스틱의 회전 운동인 '진자운동'의 역학적 원리도 배웠습니다.

진자운동이란 고정된 한 축이나 점의 주위를 일정한 주기로 왕복하는 운동으로, 공을 치기 위해 스틱을 올렸을 때 힘(위치 에너지)이 스틱으로 전달(운동 에너지로 전환)되면서, 공이 앞으로 나가게 되는 것입니다.

 

골프를 잘하려면 제대로 된 자세가 매우 중요한데요, 여기에도 과학적인 원리가 숨어 있답니다. 골프채를 휘두를 때 작용하는 원심력과 사람의 자리가 회전축이 되어 생기는 구심력을 잘 이용해야 공을 더 정확하고 멀리 칠 수 있다고 하네요.

 

그럼, 실내에서 즐기는 '스크린 골프'는 어떻게 만들어지는 것일까요?

1. 항공촬영 & 골프장 실사 촬영

실감 나는 컴퓨터 그래픽으로 재현하기 위해 300여 개의 골프장을 항공촬영하고, 직접 골프장을 방문하여 사진 촬영합니다.

 

2. 3D지형 데이터 작성

동영상과 사진 자료 분석 작업을 거쳐 골프장 특징을 정교하게 3D 지형의 데이터로 작성합니다.

 

3. 지형 모델링

작성된 3D지형 데이터를 이용하여 실제 골프장과 동일한 지형으로 자동 생성합니다.

 

4. 지형 질감 및 물리속성 설정

자연스러운 지형의 바닥 표현을 위해 고화질의 실제 골프장 재질(잔디, 바위, 물, 자갈 등)과 지형에 맞는 저항 물리 값을 적용합니다.

 

5. 지형지물 배치 및 자연환경 구현

건물과 주변 환경(클럽하우스, 그늘집, 골프 카트, 페어웨이, 해저드 등) 나무와 풀 등의 자연환경을 사실적으로 재구성합니다.

↑ 스크린 골프 체험

스포츠과학은 이제 더이상 운동선수의 기록 향상을 위한 전유물이 아닙니다. 일반인의 신체적·정신적 질병의 예방과 치료, 입시에 시달리는 학생들의 학업스트레스 해소 및 학교폭력 예방까지 그 효과는 점점 커지고 있습니다. 더 나아가 친구들과의 유대감을 강화시키고 뇌 기능을 향상해주는 다양한 스포츠 인성 교육프로그램으로 발전되었으면 하는 바람입니다.

 

스포츠과학 특별전을 찾아 교과서에서 보는 것으로는 이해하기 어려웠던 과학원리를 직접 체험하며 재미있게 배워보는 것은 어떨까요? 스포츠의 동작들은 과학, 특히 물리학의 법칙과 밀접한 관련이 있어 평소에 과학에 흥미를느끼지 않았던 사람들도 유익하고 흥미로운 시간이 될 것입니다.

 

(11월 30일까지 국립과천과학관 1층 특별전시관에서 열리며, 9시 50분/11시/12시 50분/14시/15시 10분/16시 20분까지 1시간 간격으로 1회에 150명까지 입장이 가능합니다.)

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