겨울방학이다. 춥다고 집에만 있지 말고 밖으로 나가 겨울스포츠를 즐겨보자. 겨울스포츠에는 재미난 과학원리가 숨어있다는 사실. 스키와 스케이트에는 어떤 과학원리가 있을까.

 

 

윗몸 숙이면 무게중심이 앞으로

 

스키가 눈 위를 부드럽게 미끄러져 나가는 이유는 뭘까?

 

바로 ‘마찰력’ 덕분이다. 마찰력이란 한 물체가 다른 물체와 접촉한 상태에서 움직일 때 그 움직임을 방해하는 힘을 말한다. 만약 이 세상에 마찰력이 없다면 한 번 움직인 물체는 영원히 멈추지 않고 그 방향으로 계속 나아가는 무시무시한 상황이 펼쳐질 것이다.

 

물체끼리 마찰력이 생길 때는 열이 발생한다. 눈과 스키의 바닥이 마찰하며 생기는 열 때문에 순간적으로 눈이 녹으며 물이 생기는 것. 그 물이 윤활 작용을 해 마찰력을 줄임으로써 스키가 앞으로 잘 미끄러질 수 있는 것이다.

 

스키의 재미는 높은 경사면을 타고 내려올 때 느껴지는 속도감. 경사면을 타고 내려오려면 어떻게 해야 할까?

 

이때는 정지한 물체는 계속 멈춰 있으려고 하고 움직이는 물체는 계속 움직이려고 하는 성질인 ‘관성’을 이용한다.

 

사람의 무게중심도 관성을 가진다. 사람이 평평한 땅에 서있을 때 몸의 무게중심은 보통 배꼽 아래 약 2.5cm 지점에 있다. 스키를 타고 경사면을 내려올 때도 관성에 의해 몸의 무게중심이 제자리에 있으려고 한다. 하지만 두 다리는 이미 앞으로 나와 있으니 자꾸 넘어지려는 것이다.

 

이때는 처음부터 아예 몸의 무게중심이 앞쪽에 위치하도록 해야 한다. 이를 위해 상체를 숙여 쭉 앞으로 빼고 두 다리를 살짝 굽히는 것.

 

 

팔 오므려 빠르게 회전

 

 

얼음판과 스케이트 날이 마찰하는 모습

스케이트가 얼음 위를 미끄러져 나아가는 것도 스키와 같은 원리다. 얼음판과 스케이트 날이 일으키는 마찰열로 물이 생기기 때문. 단, 스케이트는 스키처럼 경사면을 타고 내려가지 않으니 상체를 쭉 앞으로 뺄 필요는 없다.

 

스케이트를 탈 때의 매력은 얼음판 위에서 빙글빙글 아름답게 도는 것. ‘피겨여왕’ 김연아처럼 말이다.

 

 

어떻게 하면 김연아처럼 빠르게 빙글빙글 돌 수 있을까? 피겨스케이팅 선수들이 얼음판에서 회전하는 모습을 자세히 보자. 한자리에 서서 두 팔을 활짝 펴 스르르 돌더니 점차 움츠리며 몸을 거의 막대기처럼 일자로 만들며 아주 빠르게 돈다.

 

여기에는 ‘각운동량 보존 법칙’이라는 과학원리가 숨어있다. 각운동량이란 회전하는 물체의 운동량을 뜻하는 말. 물체의 질량과 속도, 회전했을 때 그려지는 원의 반지름을 곱한 값이다. 각운동량 보존 법칙은 회전하는 물체의 운동량은 항상 일정하게 보존된다는 과학원리. 물체의 질량은 같다는 가정 아래 회전을 할 때 그려지는 원의 반지름이 줄면 회전 속도가 빨라지고, 길어지면 회전 속도가 느려지는 것이다

 

스케이트를 타며 회전할 때 두 팔을 활짝 펼쳤다가 가슴 쪽으로 움츠려보자. 회전 속도가 점차 빨라지며 스케이트를 재미있게 즐길 수 있을 것이다.

 

▶공혜림 기자 hlgong37@donga.com

  어린이동아 취재팀 kids@donga.com

위 기사의 법적인 책임과 권한은 어린이동아에 있습니다.

< 저작권자 ⓒ 어린이동아, 무단 전재 및 재배포 금지 >