'스키'는 눈위의 활강? 사실은 얇은 수막위를 질주

열로 생기는'마이크로미터 두께의 수막층 형성
중력·마찰력·공기저항·수직항력·원심력이 작용

대한민국 장유진이 19일 강원도 평창군 휘닉스 스노경기장에서 열린 2018 평창동계올림픽 프리스타일스키 여자 스키 하프파이프 예선 2차에서 공중연기를 선보이고 있다. 2018.2.19/뉴스1 © News1 유승관 기자

(서울=뉴스1) 최소망 기자 = 눈 위를 질주하는 '스키'. 언뜻 보기엔 눈 위를 미끄러져 내려가는 것처럼 보인다. 하지만 실제로 얇고 긴 널판지같은 플레이트 바닥과 눈 사이에 형성된 수막층을 따라 내려가는 것이다.

영국 케임브리지대 프랭크 보우든 교수는 지난 1939년 스키가 달릴 때 생기는 열로 인해 수 마이크로미터(㎛·1000분의 1㎜) 두께의 수막이 형성된다는 사실을 처음으로 밝혔다. 스키 플레이트가 눈 위가 아닌 얇은 물 위를 미끄러져 내려간다는 것이다.

스키 선수들이 슬로프를 미끄러져 내려갈 때 여러 힘의 작용을 받는다. 선수를 아래로 끌어내리는 '중력'과 '수직항력', 내려오는 방향과는 반대로 작용하는 '마찰력'과 '공기저항'이 그것이다. 이 가운데 선수의 몸을 가로막아 속도를 떨어뜨리는 요소는 공기저항이다. 공기저항은 속도 제곱에 비례하므로 선수의 속도가 높으면 높을수록 공기저항력이 높다.

이 때문에 속도를 겨루는 알파인스키 경기에서는 공기저항을 얼마나 줄이느냐가 관건이다. 선수들은 공기저항을 줄이기 위해 몸에 착 달라붙는 옷을 입고 몸을 최대한 굽히고 슬로프를 질주한다. 반대로 속도를 줄이려면 공기저항을 높이면 된다. 스키 뒷부분이 앞부분보다 넓을수록 저항이 높다. 따라서 플레이트를 'V'자 형태를 만들면 속도를 안전하게 줄일 수 있다.

심하게 회전할 경우 스키에서 튕겨져 나가는 사고가 발생할 수 있다. 이때 작용하는 힘이 '원심력'이다. 원심력은 원운동을 하는 물체의 속도에 비례한다. 따라서 빠르게 회전하는 선수일수록 원심력을 강하게 받아 튕겨져 나갈 확률이 높아진다.

회전시 사고위험을 줄이기 위해 선수들은 몸을 회전하는 안쪽으로 눕혀 움직인다. 이는 회전하는 축 방향으로 작용하는 구심력을 크게 해 두 힘을 상쇄하기 위한 행동이다.

이외에도 수막층과 플레이트 바닥면 사이의 '마찰력'이 스키의 속도를 좌우한다. 마찰력은 기온에 따라 달라진다. 스키가 빠르게 미끄러지려면 영하 1℃~영상 5℃가 가장 적합하다. 특히 0℃ 내외 기온일 때 마찰계수는 0.1로 가장 낮아 속도를 높일 수 있다. 기온이 더 내려가면 마찰계수가 0.2에서 0.4까지 높아져 바닥이 잘 미끄러지지 않을 수 있다.

눈이 쉽게 녹고, 녹은 눈이 빨리 얼어붙는다면 슬로프가 빙판이 될 수 있다. 스키는 포슬포슬한 눈 위에서 움직이기 쉽지만, 빙판에서는 제멋대로 미끄러질 수 있어 빙판 슬로프도 스키를 타기에 좋지 않은 환경이다. 동계올림픽에 참가하는 선수들이 최적의 눈 상태에서 멋진 경기를 펼칠 수 있길 기대해본다.

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