LG사이언스랜드

전체메뉴보기 검색 과학상자

슈팅라이크카를로스-축구! 9.15m의 과학 목록

조회 : 9190 | 2006-06-08

제목

 

 





제목


 


이제 곳 월드컵이 시작됩니다. 월드컵에는 세계적인 축구선수들이 나라의 명예를 걸고 뛰게 되는데요, 태극 전사들도 우리 국민들의 응원을 등에 업고 열심히 뛰겠죠? 월드컵에 출전하는 선수들 중에서도 가장 시원한 골을 선물할 선수들이 있습니다. 베컴, 카를로스, 지단, 피구...... 이들의 공통점은 무엇일까요? 정답은 골키퍼를 꼼짝 못하게 하는 프리킥입니다. 골문을 벗어날 듯 날아가다가 방향을 바꾸어서 다시 골문을 향해서 날아가는 프리킥의 비결은 무엇일까요? 프리킥을 찰 때, 왜 수비수는 9.15m를 떨어져서 벽을 쌓아야 할까요? 신기하기만 한 프리킥 속에 숨겨진 과학을 한 번 파헤쳐 볼까요?

 

 


프리킥

 



공을 빨아들이는 각도?
1997년 6월. 프레월드컵에서 나온 카를로스의 멋진 프리킥을 한번 감상해볼까요? 아주 유명한 카를로스의 UFO 슛입니다. 모두 클릭! 카를로스UFO슛  어때요? 너무 멋진 슛이죠? 그럼 이 슈팅 속에 숨겨진 과학의 원리를 알아봅시다. 카를로스 선수의 발을 떠난 공은 마치 골문을 벗어날 것처럼 날아갔죠. 그런데 갑자기 방향을 바꾸더니, 골문으로 빨려 들어가 버렸죠. 골키퍼도 벗어날 줄 알았던 공이 골대 안으로 들어가자, 멍한 듯이 바라보고 있네요. 어떻게 공이 그렇게 크게 휠 수 있을까요? 우선, 공이 휘는 이유에 대해서 한번 알아볼까요? 공이 휘는 원리는 간단한 실험에서 알아볼 수 있어요. 우선 얇은 종이 한 장을 양손으로 들어보세요. 그리고 입에 가까이 가져가 보세요. 종이의 무게 때문에 종이가 휘어지죠. 그리고 종이 위쪽으로 바람을 세게 불어보세요. 어떤 일이 벌어지나요? 무게 때문에 아래로 휘어진 종이가 위쪽으로 펴지는 게 보이나요?

 

 


슈팅의 궤적


 


베르누이의 법칙과 매그누스 효과


우리가 바람을 세게 불어준 종이 윗면의 공기 속도가 종이의 아래쪽보다 빨라지겠죠? 물이나 공기와 같이 흐르는 성질이 있는 물질을 유체라고 하는데, 유체의 속력이 빠르면 압력이 낮아진다는 법칙이 있어요. 그 법칙을 베르누이의 법칙이라고 불러요. 우리가 바람을 불어준 종이 위쪽은 공기의 속도가 빨라서 아래쪽보다 압력이 낮아지게 되죠. 그러면 종이의 아래쪽이 위쪽보다 압력이 커서, 종기를 위로 밀어버리는 거죠. 그러면 종이가 떠오르게 됩니다. 이런 원리는 비행기에도 그대로 적용이 되요. 비행기 날개는 옆에서 보면 위쪽이 볼록한 모양인데, 이 볼록한 면을 따라서 흐르는 공기의 흐름이 더 빨라서, 날개 아래쪽의 압력이 더 높아지면 날개를 밀어 올리는 양력이 생깁니다.

 

 

 





 


하지만 공은 비행기 날개처럼 아래와 위가 다르게 생기지 않았죠? 누구나 알고 있듯이 공은 둥그니까요. 그럼 둥근 공이 어떻게 휠 수 있을까요? 정답은 바로 공의 회전입니다. 회전하는 둥근 물체가 휘어지는 현상을 매그누스 효과라고 합니다. 매그누스 효과도 사실은 베르누이 원리로 쉽게 설명할 수 있답니다. 공이 회전을 하게 되면 공의 회전 방향과 공기의 흐름이 같은 곳은 공기의 흐름이 빨라지고, 공의 회전 방향과 공기의 흐름이 반대인 곳은 공기의 흐름이 느려지게 되죠. 그래서 공의 양쪽 면에 압력 차가 생기면, 공의 회전 방향으로 공이 휘어지게 되죠.

 

 


베르누이 원리


 


9.15m의 과학
이제 카를로스 선수의 슈팅이 왜 휘었는지 알겠죠? ^^ 축구에서 뿐만 아니라, 야구에서도 매그누스 효과는 아주 중요해요. 투수들이 던지는 커브, 슬라이더, 포크, 체인지 업과 같이 갑자기 휘어져서 타자들이 헛스윙을 하게 만드는 공들도 매그누스 효과 때문이랍니다. 그런데 왜 카를로스의 슈팅은 처음부터 휘어지지 않았을까요? 축구공은 카를로스 선수의 발을 떠난 순간부터 회전하고 있었을 테니까, 처음부터 매그누스 효과 때문에 휘어져야 하지 않을까요? 공은 회전하면서 골문을 벗어난 방향으로 한참을 날아가다가, 어느 순간에 갑자기 휘어져서 골문을 향해서 날아갔죠. 처음부터 회전하지 않은 이유는 카를로스 선수의 슈팅이 아주 강했기 때문이에요. 카를로스 선수의 발을 떠난 공의 순간 속력은 시속 100km를 넘었어요. 이렇게 빠르게 앞으로 나아가는 물체 주변에는 공기 막이 생기게 되고, 이 공기 막이 공기와 공의 마찰을 줄여서 공 양쪽의 공기 흐름이 다르지 않도록 합니다.

 

 

 

 


공의 회전방향


 

 


그러면 공은 휘지 않고 직선으로 날아가게 되는 거죠. 직선으로 공이 날아가다가 공의 속력이 어느 정도 떨어지면 이제 공기 막이 사라지고 매그누스 효과를 받아서 공이 회전방향으로 휘어지게 되죠. 이 때, 프리킥을 찬 지점으로부터 공의 속력이 줄어들어서 매그누스 효과가 나타나는 거리가 약 9m정도가 됩니다. 프리킥을 찰 때, 벽을 쌓는 선수들은 프리킥 지점에서 9.15m가 떨어진 지점에 벽을 쌓아야 합니다. 9.15m보다 짧은 거리에서는 공이 빠르게 직선 운동을 하기 때문에 벽을 쌓은 선수가 맞으면, 큰 부상을 입을 수 있겠죠? 그래서 심판은 선수들이 9.15m 떨어진 거리에 벽을 쌓을 수 있도록 위치를 지정해주고, 그 거리보다 가까이에 벽을 쌓으면 경고를 줄 수 있습니다. 9.15m 속에 숨겨진 과학의 원리가 선수들을 보호해 주고, 환상적으로 휘는 프리킥을 만들어주는 거죠. 그렇다면 누구나 카를로스와 같은 슈팅을 할 수 있을까요? 물론 아니겠죠. 멋지게 휘어지는 슈팅을 하기 위해서는 시속 100km가 넘는 속도로 공을 찰 수 있어야 해요. 이것만해도 쉽지 않죠? 게다가 초당 10번 정도로 공이 좌우로 회전할 수 있도록 공에 회전을 주어야만 해요.



 



2006 독일! 대한민국 화이팅


쉽지 않아 보이는 두 가지를 모두 만족시키기 위해서는 강한 다리 힘과 발목 힘 그리고 신체의 모든 에너지를 공에 집중시킬 수 있는 균형 감각이 필요해요. 프리킥을 잘 차는 축구 선수들도 처음부터 강한 슈팅을 할 수 있었던 건 아닐 거 에요. 남몰래 수 십 번, 수 백 번씩 공을 찬 노력의 결과일 거 에요. 과학도 축구도 땀과 노력의 결과물이랍니다. 지금 독일에는 세계 각 국의 선발전을 거친 축구 강국들이 함께 자리하고 있습니다. 물론 그 중에 우리 대한민국 선수들의 빨간 유니폼도 아주 선명하게 보이구요. 하나의 과학적 발견과 발명이 무수히 많은 실패와 오류를 딛고 맺어지는 값진 성공이듯이, 우리나라 축구 선수들도 비록 승리하지 못하더라도 아름다운 경기를 보여주는 자랑스러운 선수들이 되었으면 하는 바람입니다. 마음으로...박수를 보내드립니다. 멀리 독일까지~

 

★KAIST 화학과 양성호




주제!
분자 ,운동
관련단원 보기
*중1학년 2학기 물질의 상태변화
단호박 영양밥
*중1학년 1학기 여러 가지 힘
무지개 뜨는 마을 - CD 외
*중1학년 1학기 여러 가지 힘
청국장
사진올리기 바로가기