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“땡~! 땡~! 땡~! 신데렐라, 도로시, 버즈! 어서 일어나~. 벌써 12시가 됐다구~!”
“하~암. 맞다. 오늘이 바로 그 날이지? 깨워 줘서 고마워!”
“헤헤~! 이 버즈 님은 너무 흥분이 돼서 벌써 깨어 있었지. 자, 빨리 떠날 준비를 하자구!”
어이쿠 깜짝이야! ‘어린이과학동아’ 친구들 아냐? 난 우리 방 주인인 명예기자 예진이가 깨어난 줄 알았잖아~. 우린 밤마다 자유를 만끽하는 책장 속 동화책 주인공들이란다. 나는 장화 신은 고양이고, 여기 모인 친구들은 ‘새신모’ 회원들이야. 새로운 신발을 꿈꾸는 동화 주인공 모임이라고나 할까? 동화 속에서 똑같은 신발만 신고 살았더니 이제 신발을 좀 바꾸고 싶어졌어~. 그런데 어딜 가냐고? 오늘이 바로 새 신발을 고르러 가는 날이거든! 모두 다 모 였지? 그럼 함께 가 보자구!
없는 신발이 없다! 지금은 기능성 신발 시대!
영차~, 영차~, 흠…, 이쯤 어디라고 했는데? 옳지! 저기다! 얘들아, 조금만 더 힘내! 저쪽에 번쩍번쩍 빛나는 신발이 우리를 맞아 주려고 불을 밝히고 있어!
하하~, 반갑습니다 장화 신은 고양이 님! 저는 신발장 나라의 등대지기 ‘발광 신발’이라고 합니다. 걸을 때마다 반짝반짝 빛나는 신발이라 등대지기 역할을 하고 있죠. 요즘 유행하는 ‘기능성 신발’의 원조라고나 할까요? 그런데…, 신데렐라 님! 오시는 모습을 보니 구두가 조금 큰 것 같군요. 장화 신은 고양이 님은 발을 바깥쪽으로 벌리고 걷는 팔자걸음이시네요? 하지만 걱정 마세요! 기능성 신발이 여러분의 불편을 덜어 드릴 수 있거든요!
잠깐! 기능성 신발이 뭐야?
기능성 신발은 단순히 발을 보호하는 기능을 넘어서 특별한 효과를 얻기 위해 만들어진 신발을 말해요. 불빛을 내는 신발이나, 바퀴 달린 놀이용 신발도 기능성 신발 중 하나예요. 요즘은 과학적인 연구를 거쳐 몸을 보호하고 건강에 도움을 주는 기능성 신발들이 많이 만들어지고 있지요.
바퀴 신발
신발 밑창 뒤쪽에 작은 바퀴를 넣어 걸으면서 스케이트도 탈 수 있다. 1998년에 개발돼 2000년대 초반까지 전세계에서 선풍적인 인기를 누렸다.
걸음걸이 교정 신발
걸음걸이 교정 신발은 팔자걸음 같이 잘못된 걸음걸이를 교정해 주는 기능을 하도록 만들어졌다. 보통 신발은 밑창이 편평한데, 걸음걸이 교정 신발은 발 앞쪽과 뒤쪽이 이루는 각도를 2˚~5˚ 정도 기울어지게 해 발이 밖으로 벌어지지 않고 모이게 해 준다. 이 때문에 걸을 때 발목 관절이 받는 힘이 작아져 바른 걸음걸이가 편안하게 느껴지도록 도와 준다.
당뇨병 환자를 돕는 신발
당뇨병에 걸린 사람은 혈액 속에 포도당이라는 영양소가 많아져 피가 끈적끈적해진다. 그래서 피가 몸 속 구석구석 흐르지 못하게 되는데, 심장에서 가장 먼 발은 신선한 피가 공급되지 않으면서 감각을 느끼는 신경이 손상될 수 있다. 이런 상태로 걸으면 발이 계속 압력을 받아도 통증을 잘 느끼지 못해 상처가 생기기 쉬워진다. 게다가 포도당이 많은 혈액은 상처가 세균에 잘 감염되기 때문에 발을 절단하는 위험에 빠지기도 한다.
당뇨 신발은 발에 미치는 압력을 골고루 분산시키도록, 찰흙에 찍어내듯이 환자의 발 모양을 본떠 밑창을 만든다.
크기 조절 신발
어린이들은 발이 계속 크기 때문에 실제 발의 크기보다 조금 큰 신발을 신는 경우가 많다. 또 양쪽 발의 크기가 달라서 한쪽 발에 신발을 맞추면 다른 발에는 맞지 않는 경우도 있다. 하지만 발보다 큰 신발을 신으면 발 모양이 변형되거나 뛰어놀 때 발과 발목을 다치기 쉽다. 그래서 만들어진 신발이 바로 크기 조절 신발! 신발 뒤의 버튼을 이용해 밑창의 길이를 조절할 수 있어 신발을 양쪽 발에 꼭 맞출 수 있다.
미세전류 신발
우리 몸 속 세포의 세포 막에는 +극이나 -극을 띠는 이온이 드나드는 통로가 있다. 여기에 이온이 드나들 때마다 약한 생체전류가 생기는데,
이 전류는 온몸을 돌아다니며 자극과 뇌의 신호를 전달한다. 미세전류는 생체전류와 비슷한 세기의 인공 전류로, 근육과 관절 등의 통증을 줄여 주는 치료에 이용된다.
이 신발은, ‘인솔’이라고도 부르는 신발 깔창에 미세전류가 흐르게 하는 선을 넣어 만들었다. 그 결과 신발을 신으면 미세전류가 몸으로 전달되면서 운동할 때 다리 근육에 생기는 통증을 풀어 주는 효과가 있다
발가락 신발
손가락 대신 발가락을 끼우는 장갑 같은 신발도 있다. 하버드대학교의 진화생물학자 다니엘 리버만 교수는, 운동화를 신었을 때보다 맨발로 달릴 때 인체가 자연스럽게 발바닥의 옆과 앞볼을 이용해 충격을 덜 받는 방식으로 뛴다는 것을 알아 냈다. 발가락 모양의 신발은 발을 보호하면서도 최대한 맨발에 가깝게 만들어 줘, 몸에 미치는 충격은 줄이고 근력은 강화할 수 있도록 했다.
신발, 왜 이렇게 다양해진 거야?
우와~, 신발이 이렇게 다양하구나! 멋져 멋져~. 동화 속에서는 모두 비슷한 신발만 신는데…, 여기 있는 신발들은 모양뿐 아니라 재질도 신기한걸? 헤헤~. 이번 기회에 답답한 가죽 장화를 벗고 새로운 재질의 신발로 바꿔 볼까?
역시 장화 신은 고양이 님은 듣던 대로 눈썰미가 남다르신데요? 과학 기술이 발달하면서 신발을 만드는 재료도 다양해졌지요. 또 우리 생활의 변화도 신발의 발전에 중요한 역할을 했어요. 자, 그러면 이번엔 신발의 역사를 따라가 볼까요?
신발, 인류 문명과 함께 진화하다
최초의 신발은 넓적한 나무 껍질이나 풀잎, 가죽으로 발을 감싼 것이었어요. 그러다 사람들이 금속과 고무, 합성 섬유를 사용할 수 있게 되자 신발의 재료도 더욱 다양해졌답니다. 또 의학이 발전해 인간의 몸을 속속들이 알게 되면서 발과 인체의 다른 부위와의 관계가 밝혀지게 되었어요. 그러면서 발과 항상 함께 하는 신발이 몸에 큰 영향을 미친다는 것도 알게 되었죠. 게다가 사람들의 생활 환경과 취미가 다양해지면서 신발의 종류도 늘어나게 되었답니다.
기원전 3300년
신석기시대 유행 신발은 가죽 신발?
아일랜드 코크대학교의 고고학자 론 핀하시 교수는 2008년 아르메니아에서 발견된 가죽신발을 연구한 결과, 기원전 약 3300년 즈음에 만들어진 신발이라는 것을 알아냈다. 이 신발은 지금까지 발견된 가장 오래된 가죽 신발로, 놀랍게도 모양과 만들어진 방법이 유럽에서 1900년대 중반까지 신었던 전통 신발과 비슷하다. 고고학자들은 이 신발이 신석기시대 유럽 여러지역에서 널리 사용되다가 각 나라 문화에 맞게 발전했을 것이라고 추측하고 있다.
기원전 1000년
장화의 원조는 아시리아 군인들?
나라별로 생활 모습이 달라지면서 여러 모양의 신발이 생겨나게 됐다. 오늘날 많이 신는 장화는 기원전 1200~540년까지 서남 아시아 지역을 지배하던 아시리아 사람들이 처음 신기 시작했다. 전쟁을 많이 했던 아시리아 사람들은 전쟁하기에 알맞은 모양의 옷과 신발을 만들었는데, 그 신발이 바로 장화의 형태였다.
서기 400년
지위의 상징, 금속 신발
주로 돌을 도구로 사용하던 석기시대 인류는 불을 피우고 난 자리의 흙과 돌에서 녹아 나온 금속을 발견하게 된다. 그것을 보고 불을 이용해 구리나 철 같은 금속을 만들 수 있게 되면서 금속으로도 신발을 만들게 되었다. 하지만 금속 신발은 실제 생활보다는 왕과 귀족들의 지위를 나타내는 장신구로 쓰였다.
1700년대
하이힐 유행이 응가 때문이라고?
오늘날 여성들이 즐겨 신는 하이힐은 원래 남자가 신던 신발이었다. 18세기 프랑스 황제 나폴레옹은 키가 커 보이기 위해 굽이 높은 신발을 신기 시작했고, 이후 귀족들 사이에서 유행하게 됐다. 하지만 하이힐이 온 나라에 유행하게 된 것은 바로 ‘똥’ 때문! 당시 화장실 문화가 발달하지 않은 프랑스에서는 아무데서나 용변을 보거나 모아둔 오물을 버리곤 했는데, 사람들은 오물을 밟지 않고 지나가기 위해 하이힐을 즐겨 신게 되었다.
1800년대 후반
운동화 발명은 화학 덕분!
19세기와 20세기에 걸친 화학 기술의 발전은 우리가 즐겨 신는 운동화를 탄생시켰다. 이전까지 신발 재료로 쓰이던 식물에서 얻은 천연섬유나 동물의 가죽은 쓸 수 있는 양이 한정적이었다. 하지만 석유에서 뽑아낸 원료에 열과 압력을 조절해 만든 폴리에스테르 같은 합성섬유가 만들어지면서 신발을 대량으로 만들 수 있게 되었다. 또 적도 지방의 나무에서 얻은 천연 고무에 황을 섞어 다양한 모양의 단단한 고무를 만들 수 있게 되면서 우리가 신는 운동화가 최초로 발명되었다.
기능성 신발, 효과가 있는 걸까?
와~, 신발이 화학과도 관련이 있다니…, 놀라워요! 이런 기능성 신발들은 동화 속에서 먼 거리를 여행하는 저에게 꼭 필요하겠는걸요? 한번 신어 봐도 될까요? 동화 속에 서 자주 속아서 그런지 직접 경험해 보지 않으면 의심이 들거든요~.
도로시 님은 신발에 쓰인 과학 기술이 정말 효과가 있는지 궁금하신 거군요? 마침 잘 됐네요~. 신어 보는 것보다 더 확실한 방법이 있어요. ‘어린이과학동아’ 명예기자인 예진이가 체육을 과학적으로 연구하는 한국체육과학원에 다녀왔거든요!
실험➊ 신발의 걸음걸이를 교정해 준다고?
나는 생체역학실험실에서 신발이 몸에 미치는 영향을 알아 보기로 했어. 우선 실험을 하기 위해 신발을 신고 ‘마커’라는 표시 장치를 다리와 신발에 붙였단다. 마커는 실험실 안에 있는 12개의 적외선 카메라가 동작을 인식해서 3차원 입체 영상으로 만들 수 있게 해 주는 장치야. 이 장치를 이용하면 내가 걸을 때 발목과 땅이 이루는 각도와 발목과 종아리가 이루는 각도를 분석할 수 있대. 나는 기능성 신발과 일반 운동화를 번갈아 신고 똑같은 실험을 반복했어.
실험 ➋ 신발이 살을 빼게 해 준다고?
이번에는 몸에 ‘근전도 측정기’라는 장치를 달고 실험을 했어. 사람의 근육 세포는 근육이 움직일 때 ‘활동전위’라는 전압이 생겨 약한 전류를 발생시키는데, 근전도 측정기는 그 전압을 측정해 걸을 때 근육이 얼마나 활동하는지를 측정하는 장치야. 이 장치로는 신발을 신고 움직일 때의 운동량을 알 수 있다고 해. 다이어트용 신발이 얼마나 효과가 있는지 알 수 있는 거지. 내가 신은 신발은 다이어트용 신발은 아니었지만, 실험결과 일반 운동화보다 ‘대퇴 이두’와 ‘비복근’이라는 근육을 더 많이 사용하게 하는 것으로 나타났어.
"이 실험은 간단하게 구성한 것이라 이 결과만으로는 기능성 신발의 효과를 명확하게 말할 수 없어요. 보통 여러 번 정밀하게 실험을 해서 신발의 효과를 연구하지요. 무조건 신발의 기능만 믿기 보다는 기능성 신발이 생활에 도움을 줄 수 있다고 생각하면 좋아요 "
문영진 (체육과학연구원 스포츠 과학산업연구실 실장)
잠깐! 신발이 키를 크게 해 준다고?
아이들과 학부모님들 사이에서 성장을 돕는 신발이 인기를 얻었던 적이 있어요. 키 크는 신발의 원리는 걸을 때 생기는 충격을 조절하거나, 미세전류를 발생시켜 관절에 있는 성장판을 자극한다는 것이에요. 하지만 이런 효과는 실제로 정확한 것으로 확인되지는 않았어요. 10~20명
정도의 적은 인원을 대상으로 실험을 하였고, 신발을 신었을 때 성장호르몬이 더 많이 분비되는 것도 약간의 차이가 있을 뿐 분명하게 나타나지는 않았답니다. 그러니 기능성 신발을 고를 때는 과장된 광고에 주의해야 해요!
신발 과학의 효과, 스포츠가 증명하다!
와…, 정말 과학적인 연구로 만들어진 신발이 효과가 있긴 하군요? 그런데 혹시 빨리 달리거나, 높이 뛰는 데 도움을 주는 신발은 없을까요? 저랑 깡통 로봇, 사자와 허수아비는 여행 중에 위험한 일을 겪을 때가 많거든요~.
도로시 님의 여행에 도움을 줄 수 있는 신발이 있어요! 바로 다양한 과학 기술이 적용된 스포츠 신발이랍니다. 자, 그럼 여기 신발들 중에서 골라 보실래요?
농구 선수의 발을 지켜 주는 농구화!
위아래로 쉴 새 없이 뛰는 농구선수는 발이 몸무게의 10배가 넘는 충격을 받기도 해요. 이런 충격 때문에 선수는 뼈가 부러지는 큰 부상을 입곤 했지요. 그래서 미국의 한 신발회사는 우주비행사들이 우주에서 신는 충격 완화 신발을 보고 공기층을 넣은 농구화를 만들었어요. 무중력 상태에서 생활하는 우주비행사들은 관절과 물렁뼈가 늘어져 통증이 생기고, 뼈에서 칼슘이 빠져나가 뼈가 약해지기 쉬워요. 그래서 외부로부터 발을 보호하는 공기층, 즉 에어쿠션이 있는 신발을 신고 생활한답니다. 우주인 신발을 본뜬 농구화 덕분에 농구선수들은 부상으로부터 안전해질 수 있었어요.
한편 농구선수들은 좌우로 회전하는 ‘피벗’이라는 동작을 많이 해요. 그래서 농구화 바닥 무늬는 좌우로 좀 더 쉽게 회전하도록 동그란 모양으로 만들기도 한답니다.
승리를 부르는 축구화!
과학 하면 빼놓을 수 없는 스포츠 신발, 축구화! 지금과 같은 모습의 축구화는 1954년 스위스 월드컵에서 처음 등장했어요. ‘징’이라고도 부르는 뾰족한 ‘스터드’가 박힌 새로운 축구화는 큰 마찰력을 만드는 효과가 있지요. 이리저리 재빨리 동작을 바꿔야 할 때 미끄러지지 않으면서도 훨씬 민첩한 동작을 할 수 있도록 도와 줘요.
또, 이전 축구화의 신발끈은 폴리에스테르 섬유로만 만들어서 끈이 쉽게 풀어져 경기 중에 다시 묶는 일이 많았어요. 하지만 새로운 축구화 끈은 폴리에스테르와 면을 반반씩 섞어 끈의 마찰력을 높였고, 그 결과 경기 중에 끈을 다시 묶는 일이 없어졌답니다.
육상의 최고 도우미는 신발!
육상도 신발 과학의 효과를 톡톡히 보는 스포츠 분야예요. 단거리를 달리는 선수들은 튕겨나가는 힘이 좋고, 가벼운 신발을 신는답니다. 또 바람의 마찰을 조금이라도 줄이기 위해 신발의 재봉선을 최대한 적게 만든 신발을 신지요. 반면에 장거리를 달리는 마라톤 선수들은 발에 미치는 피로를 최대한 줄이기 위해 충격 흡수가 잘 되는 소재로 만든 신발을 신어요.
또 경사진 도로를 달려야 하기 때문에, 균형을 맞추기 위해 한쪽 신발의 바닥을 조금 더 두껍게 만들기도 해요. 그리고 발에서 나는 땀과 열을 식히기 위해 온도를 유지해 주는 차가운 항온 섬유나, 땀 배출이 잘 되는 섬유 등을 이용해 신발을 만들기도 한답니다.
미래의 첨단 신발, 어디까지 발전할까?
이야~, 이거 정말 기대 이상인걸요? 한밤중에 찾아온 보람이 있군요! 자, 이제 저에게 맞는 신발을 보여 주세요. 저 같은 우주 전사에게 꼭 맞는 최첨단 신발은 없나요?
오! 버즈 님에게 꼭 맞는 신발이 있어요. 앞으로 개발될 신발들은 첨단 기술을 이용해 더욱 다양한 기능을 할 수 있게 될 거예요! 미래에 나올 신발을 미리 만나 볼까요?
잠깐! 하늘을 나는 우주인 신발
미국항공우주국 NASA에서는 우주에서 생활하는 우주인이 자유롭게 이동할 수 있도록 새로운 신발을 연구했어요. 이름하여 제트 신발! 이 신발은 신발밑창에서 산소 가스가 방출되는 제트 추진 장치를 달아 우주 공간에서 자유롭게 날아다닐 수 있게 만들어졌답니다. 우주 공간에서
두 손을 자유롭게 사용할 수 있는 장점이 있지만, 무겁고 신기 불편한 단점이 있었지요. 결국 미국항공우주국에서는 앉아서 손으로 조종하는 의자 모양의 유인 조종장치를 만들어 우주에서 사용하게 했어요.
미래형 인공지능 신발
GPS(위성항법장치) 기능과 액정표시장치
실시간으로 위치를 파악해 필요한 정보를 제공해 준다.
열고 닫는 자동 개폐장치
신발을 자동으로 열고 닫을 수 있어 신고, 벗기가 편하다.
아웃솔(밑창) 조정 장치
미끄러운 빙판이나 거친 자갈밭 등 다양한 환경에 맞게 신발 밑창을 조정할 수 있다.
전기 발생 장치와 태양열 자가 발전 시스템
발이 신발에 미치는 압력과 태양광을 전기 에너지로 바꿔 전기 기구를 작동하거나 충전할 수 있게 한다.
MP3 스피커
신발에 달린 MP3로 음악을 들을 수 있다.
운동 거리, 운동량, 체지방 측정 센서
사용자의 신체 조건에 맞춰 적절한 운동을 할 수 있도록 운동량을 실시간으로 관리해 준다.
온도 조절 장치
신발 자체 전원을 이용해 내부의 온도를 조절한다. 여름에는 시원하게, 겨울에는 따뜻하게 신발을 신을 수 있다.
인터넷 데이터 연결 단자
인터넷에서 필요한 프로그램을 내려받을 수 있다.
내게 꼭 맞는 신발과 걸음걸이를 찾아라!
와우~! 미래형 신발이 정말 멋져요! 나를 위한 최첨단 신발이에요. 이런 신발이 만들어지면 내가 가장 먼저 신고 싶군요.
버즈 님이 맘에 들어 하실 줄 알았어요! 하지만 아무리 좋은 신발도 잘못 신으면 오히려 건강에 해가 될 수 있어요. 제가 버즈 님과 동화 주인공 여러분께 꼭 맞는 신발을 찾는 법을 알려 드릴게요!
꼭 맞는 신발을 찾아라!
신발을 고를 때 무엇보다 중요한 것은 자기 발에 잘 맞고 편안한 신발을 고르는 거예요. 어떻게 하면 내 발에 꼭 맞는 신발을 찾을 수 있을까요?
➊ 사람의 발은 활발히 활동하고 난 오후 3~4시에 가장 커진다. 발의 너비와 길이는 아침에 측정한 것보다 각각 2~10%, 5~10㎜씩 넓고 길다. 따라서 저녁 시간에 신발을 골라야 발이 조이거나 불편하지 않다.
➋ 양말을 신은 상태에서 발가락 끝을 신발 앞부분에 닿을 만큼 바짝 당겨 보자. 이 때 뒤꿈치에 검지 손가락 하나가 들어갈 만큼의 여유 공간이 생기면 적당한 크기의 신발이다.
➌ 사람마다 발의 모양은 다른 반면 상점에서 대량으로 파는 신발은 모양이 똑같이 생겼다. 따라서 신발을 신고 걸어 보면서 발가락, 발등, 뒤꿈치 등 불편한 곳이 없는지 꼼꼼히 확인해야 한다.
➍ 만일 신발 뒤축에서 발이 쉽게 움직이면 맞지 않는 신발이다. 또 신발 앞부분의 접히는 부분이 발가락의 접히는 부분과 같아야 편하게 신을 수 있다.
내 신발로 확인하는 걸음걸이!
신발을 뒤집어 보세요. 밑창에 어느 부분이 가장 많이 닳았나요? 양쪽 발뒤꿈치의 바깥쪽 부분이 조금 더 닳았다면 바르게 걷고 있다고 할 수 있어요. 하지만 다른 부분이 더 닳았다거나, 뒤꿈치 바깥쪽이 너무 심하게 닳았다면 걸음걸이가 바르지 않다는 뜻이에요!
바른 걸음걸이를 찾아라!
➊ 허리와 등, 가슴을 곧게 펴고 턱을 약간 당긴 자세로 걷는다.
➋ 무릎은 곧게 펴고 발은 골반보다 조금 좁게 11자 모양으로 걷는다.
➌ 자연스럽게 앞뒤로 흔드는 팔의 움직임과 함께 어깨를 앞뒤로 살짝 흔들면서 걷는다.
➍ 발뒤꿈치부터 발바닥, 발끝 순서로 땅에 닿게 하면서 걷는다.
이야~, 우리와 매일 함께 하는 신발이 이렇게 과학적인 것이었구나! 함께 온 ‘새신모’ 회원들의 신발을 확인해 보니 우리도 걸음걸이를 교정해야 할 것 같아.
‘어린이과학동아’ 친구들은 어때? 친구들도 신발을 확인해 봐. 첨단 신발도 좋지만, 무엇보다 걸음걸이를 바르게 해서 건강을 지키는 게 중요하니까 말야. 나도 얼른 돌아가서 내 단짝 친구 우디에게도 알려 줘야겠다! 참, 신발장 주인한테 우리 ‘새신모’ 회원을 만났단 얘기는 비밀인 거 알지?
“하~암. 맞다. 오늘이 바로 그 날이지? 깨워 줘서 고마워!”
“헤헤~! 이 버즈 님은 너무 흥분이 돼서 벌써 깨어 있었지. 자, 빨리 떠날 준비를 하자구!”
어이쿠 깜짝이야! ‘어린이과학동아’ 친구들 아냐? 난 우리 방 주인인 명예기자 예진이가 깨어난 줄 알았잖아~. 우린 밤마다 자유를 만끽하는 책장 속 동화책 주인공들이란다. 나는 장화 신은 고양이고, 여기 모인 친구들은 ‘새신모’ 회원들이야. 새로운 신발을 꿈꾸는 동화 주인공 모임이라고나 할까? 동화 속에서 똑같은 신발만 신고 살았더니 이제 신발을 좀 바꾸고 싶어졌어~. 그런데 어딜 가냐고? 오늘이 바로 새 신발을 고르러 가는 날이거든! 모두 다 모 였지? 그럼 함께 가 보자구!
없는 신발이 없다! 지금은 기능성 신발 시대!
영차~, 영차~, 흠…, 이쯤 어디라고 했는데? 옳지! 저기다! 얘들아, 조금만 더 힘내! 저쪽에 번쩍번쩍 빛나는 신발이 우리를 맞아 주려고 불을 밝히고 있어!
하하~, 반갑습니다 장화 신은 고양이 님! 저는 신발장 나라의 등대지기 ‘발광 신발’이라고 합니다. 걸을 때마다 반짝반짝 빛나는 신발이라 등대지기 역할을 하고 있죠. 요즘 유행하는 ‘기능성 신발’의 원조라고나 할까요? 그런데…, 신데렐라 님! 오시는 모습을 보니 구두가 조금 큰 것 같군요. 장화 신은 고양이 님은 발을 바깥쪽으로 벌리고 걷는 팔자걸음이시네요? 하지만 걱정 마세요! 기능성 신발이 여러분의 불편을 덜어 드릴 수 있거든요!
잠깐! 기능성 신발이 뭐야?
기능성 신발은 단순히 발을 보호하는 기능을 넘어서 특별한 효과를 얻기 위해 만들어진 신발을 말해요. 불빛을 내는 신발이나, 바퀴 달린 놀이용 신발도 기능성 신발 중 하나예요. 요즘은 과학적인 연구를 거쳐 몸을 보호하고 건강에 도움을 주는 기능성 신발들이 많이 만들어지고 있지요.
바퀴 신발
신발 밑창 뒤쪽에 작은 바퀴를 넣어 걸으면서 스케이트도 탈 수 있다. 1998년에 개발돼 2000년대 초반까지 전세계에서 선풍적인 인기를 누렸다.
걸음걸이 교정 신발
걸음걸이 교정 신발은 팔자걸음 같이 잘못된 걸음걸이를 교정해 주는 기능을 하도록 만들어졌다. 보통 신발은 밑창이 편평한데, 걸음걸이 교정 신발은 발 앞쪽과 뒤쪽이 이루는 각도를 2˚~5˚ 정도 기울어지게 해 발이 밖으로 벌어지지 않고 모이게 해 준다. 이 때문에 걸을 때 발목 관절이 받는 힘이 작아져 바른 걸음걸이가 편안하게 느껴지도록 도와 준다.
당뇨병 환자를 돕는 신발
당뇨병에 걸린 사람은 혈액 속에 포도당이라는 영양소가 많아져 피가 끈적끈적해진다. 그래서 피가 몸 속 구석구석 흐르지 못하게 되는데, 심장에서 가장 먼 발은 신선한 피가 공급되지 않으면서 감각을 느끼는 신경이 손상될 수 있다. 이런 상태로 걸으면 발이 계속 압력을 받아도 통증을 잘 느끼지 못해 상처가 생기기 쉬워진다. 게다가 포도당이 많은 혈액은 상처가 세균에 잘 감염되기 때문에 발을 절단하는 위험에 빠지기도 한다.
당뇨 신발은 발에 미치는 압력을 골고루 분산시키도록, 찰흙에 찍어내듯이 환자의 발 모양을 본떠 밑창을 만든다.
크기 조절 신발
어린이들은 발이 계속 크기 때문에 실제 발의 크기보다 조금 큰 신발을 신는 경우가 많다. 또 양쪽 발의 크기가 달라서 한쪽 발에 신발을 맞추면 다른 발에는 맞지 않는 경우도 있다. 하지만 발보다 큰 신발을 신으면 발 모양이 변형되거나 뛰어놀 때 발과 발목을 다치기 쉽다. 그래서 만들어진 신발이 바로 크기 조절 신발! 신발 뒤의 버튼을 이용해 밑창의 길이를 조절할 수 있어 신발을 양쪽 발에 꼭 맞출 수 있다.
미세전류 신발
우리 몸 속 세포의 세포 막에는 +극이나 -극을 띠는 이온이 드나드는 통로가 있다. 여기에 이온이 드나들 때마다 약한 생체전류가 생기는데,
이 전류는 온몸을 돌아다니며 자극과 뇌의 신호를 전달한다. 미세전류는 생체전류와 비슷한 세기의 인공 전류로, 근육과 관절 등의 통증을 줄여 주는 치료에 이용된다.
이 신발은, ‘인솔’이라고도 부르는 신발 깔창에 미세전류가 흐르게 하는 선을 넣어 만들었다. 그 결과 신발을 신으면 미세전류가 몸으로 전달되면서 운동할 때 다리 근육에 생기는 통증을 풀어 주는 효과가 있다
발가락 신발
손가락 대신 발가락을 끼우는 장갑 같은 신발도 있다. 하버드대학교의 진화생물학자 다니엘 리버만 교수는, 운동화를 신었을 때보다 맨발로 달릴 때 인체가 자연스럽게 발바닥의 옆과 앞볼을 이용해 충격을 덜 받는 방식으로 뛴다는 것을 알아 냈다. 발가락 모양의 신발은 발을 보호하면서도 최대한 맨발에 가깝게 만들어 줘, 몸에 미치는 충격은 줄이고 근력은 강화할 수 있도록 했다.
신발, 왜 이렇게 다양해진 거야?
우와~, 신발이 이렇게 다양하구나! 멋져 멋져~. 동화 속에서는 모두 비슷한 신발만 신는데…, 여기 있는 신발들은 모양뿐 아니라 재질도 신기한걸? 헤헤~. 이번 기회에 답답한 가죽 장화를 벗고 새로운 재질의 신발로 바꿔 볼까?
역시 장화 신은 고양이 님은 듣던 대로 눈썰미가 남다르신데요? 과학 기술이 발달하면서 신발을 만드는 재료도 다양해졌지요. 또 우리 생활의 변화도 신발의 발전에 중요한 역할을 했어요. 자, 그러면 이번엔 신발의 역사를 따라가 볼까요?
신발, 인류 문명과 함께 진화하다
최초의 신발은 넓적한 나무 껍질이나 풀잎, 가죽으로 발을 감싼 것이었어요. 그러다 사람들이 금속과 고무, 합성 섬유를 사용할 수 있게 되자 신발의 재료도 더욱 다양해졌답니다. 또 의학이 발전해 인간의 몸을 속속들이 알게 되면서 발과 인체의 다른 부위와의 관계가 밝혀지게 되었어요. 그러면서 발과 항상 함께 하는 신발이 몸에 큰 영향을 미친다는 것도 알게 되었죠. 게다가 사람들의 생활 환경과 취미가 다양해지면서 신발의 종류도 늘어나게 되었답니다.
기원전 3300년
신석기시대 유행 신발은 가죽 신발?
아일랜드 코크대학교의 고고학자 론 핀하시 교수는 2008년 아르메니아에서 발견된 가죽신발을 연구한 결과, 기원전 약 3300년 즈음에 만들어진 신발이라는 것을 알아냈다. 이 신발은 지금까지 발견된 가장 오래된 가죽 신발로, 놀랍게도 모양과 만들어진 방법이 유럽에서 1900년대 중반까지 신었던 전통 신발과 비슷하다. 고고학자들은 이 신발이 신석기시대 유럽 여러지역에서 널리 사용되다가 각 나라 문화에 맞게 발전했을 것이라고 추측하고 있다.
기원전 1000년
장화의 원조는 아시리아 군인들?
나라별로 생활 모습이 달라지면서 여러 모양의 신발이 생겨나게 됐다. 오늘날 많이 신는 장화는 기원전 1200~540년까지 서남 아시아 지역을 지배하던 아시리아 사람들이 처음 신기 시작했다. 전쟁을 많이 했던 아시리아 사람들은 전쟁하기에 알맞은 모양의 옷과 신발을 만들었는데, 그 신발이 바로 장화의 형태였다.
서기 400년
지위의 상징, 금속 신발
주로 돌을 도구로 사용하던 석기시대 인류는 불을 피우고 난 자리의 흙과 돌에서 녹아 나온 금속을 발견하게 된다. 그것을 보고 불을 이용해 구리나 철 같은 금속을 만들 수 있게 되면서 금속으로도 신발을 만들게 되었다. 하지만 금속 신발은 실제 생활보다는 왕과 귀족들의 지위를 나타내는 장신구로 쓰였다.
1700년대
하이힐 유행이 응가 때문이라고?
오늘날 여성들이 즐겨 신는 하이힐은 원래 남자가 신던 신발이었다. 18세기 프랑스 황제 나폴레옹은 키가 커 보이기 위해 굽이 높은 신발을 신기 시작했고, 이후 귀족들 사이에서 유행하게 됐다. 하지만 하이힐이 온 나라에 유행하게 된 것은 바로 ‘똥’ 때문! 당시 화장실 문화가 발달하지 않은 프랑스에서는 아무데서나 용변을 보거나 모아둔 오물을 버리곤 했는데, 사람들은 오물을 밟지 않고 지나가기 위해 하이힐을 즐겨 신게 되었다.
1800년대 후반
운동화 발명은 화학 덕분!
19세기와 20세기에 걸친 화학 기술의 발전은 우리가 즐겨 신는 운동화를 탄생시켰다. 이전까지 신발 재료로 쓰이던 식물에서 얻은 천연섬유나 동물의 가죽은 쓸 수 있는 양이 한정적이었다. 하지만 석유에서 뽑아낸 원료에 열과 압력을 조절해 만든 폴리에스테르 같은 합성섬유가 만들어지면서 신발을 대량으로 만들 수 있게 되었다. 또 적도 지방의 나무에서 얻은 천연 고무에 황을 섞어 다양한 모양의 단단한 고무를 만들 수 있게 되면서 우리가 신는 운동화가 최초로 발명되었다.
기능성 신발, 효과가 있는 걸까?
와~, 신발이 화학과도 관련이 있다니…, 놀라워요! 이런 기능성 신발들은 동화 속에서 먼 거리를 여행하는 저에게 꼭 필요하겠는걸요? 한번 신어 봐도 될까요? 동화 속에 서 자주 속아서 그런지 직접 경험해 보지 않으면 의심이 들거든요~.
도로시 님은 신발에 쓰인 과학 기술이 정말 효과가 있는지 궁금하신 거군요? 마침 잘 됐네요~. 신어 보는 것보다 더 확실한 방법이 있어요. ‘어린이과학동아’ 명예기자인 예진이가 체육을 과학적으로 연구하는 한국체육과학원에 다녀왔거든요!
실험➊ 신발의 걸음걸이를 교정해 준다고?
나는 생체역학실험실에서 신발이 몸에 미치는 영향을 알아 보기로 했어. 우선 실험을 하기 위해 신발을 신고 ‘마커’라는 표시 장치를 다리와 신발에 붙였단다. 마커는 실험실 안에 있는 12개의 적외선 카메라가 동작을 인식해서 3차원 입체 영상으로 만들 수 있게 해 주는 장치야. 이 장치를 이용하면 내가 걸을 때 발목과 땅이 이루는 각도와 발목과 종아리가 이루는 각도를 분석할 수 있대. 나는 기능성 신발과 일반 운동화를 번갈아 신고 똑같은 실험을 반복했어.
실험 ➋ 신발이 살을 빼게 해 준다고?
이번에는 몸에 ‘근전도 측정기’라는 장치를 달고 실험을 했어. 사람의 근육 세포는 근육이 움직일 때 ‘활동전위’라는 전압이 생겨 약한 전류를 발생시키는데, 근전도 측정기는 그 전압을 측정해 걸을 때 근육이 얼마나 활동하는지를 측정하는 장치야. 이 장치로는 신발을 신고 움직일 때의 운동량을 알 수 있다고 해. 다이어트용 신발이 얼마나 효과가 있는지 알 수 있는 거지. 내가 신은 신발은 다이어트용 신발은 아니었지만, 실험결과 일반 운동화보다 ‘대퇴 이두’와 ‘비복근’이라는 근육을 더 많이 사용하게 하는 것으로 나타났어.
"이 실험은 간단하게 구성한 것이라 이 결과만으로는 기능성 신발의 효과를 명확하게 말할 수 없어요. 보통 여러 번 정밀하게 실험을 해서 신발의 효과를 연구하지요. 무조건 신발의 기능만 믿기 보다는 기능성 신발이 생활에 도움을 줄 수 있다고 생각하면 좋아요 "
문영진 (체육과학연구원 스포츠 과학산업연구실 실장)
잠깐! 신발이 키를 크게 해 준다고?
아이들과 학부모님들 사이에서 성장을 돕는 신발이 인기를 얻었던 적이 있어요. 키 크는 신발의 원리는 걸을 때 생기는 충격을 조절하거나, 미세전류를 발생시켜 관절에 있는 성장판을 자극한다는 것이에요. 하지만 이런 효과는 실제로 정확한 것으로 확인되지는 않았어요. 10~20명
정도의 적은 인원을 대상으로 실험을 하였고, 신발을 신었을 때 성장호르몬이 더 많이 분비되는 것도 약간의 차이가 있을 뿐 분명하게 나타나지는 않았답니다. 그러니 기능성 신발을 고를 때는 과장된 광고에 주의해야 해요!
신발 과학의 효과, 스포츠가 증명하다!
와…, 정말 과학적인 연구로 만들어진 신발이 효과가 있긴 하군요? 그런데 혹시 빨리 달리거나, 높이 뛰는 데 도움을 주는 신발은 없을까요? 저랑 깡통 로봇, 사자와 허수아비는 여행 중에 위험한 일을 겪을 때가 많거든요~.
도로시 님의 여행에 도움을 줄 수 있는 신발이 있어요! 바로 다양한 과학 기술이 적용된 스포츠 신발이랍니다. 자, 그럼 여기 신발들 중에서 골라 보실래요?
농구 선수의 발을 지켜 주는 농구화!
위아래로 쉴 새 없이 뛰는 농구선수는 발이 몸무게의 10배가 넘는 충격을 받기도 해요. 이런 충격 때문에 선수는 뼈가 부러지는 큰 부상을 입곤 했지요. 그래서 미국의 한 신발회사는 우주비행사들이 우주에서 신는 충격 완화 신발을 보고 공기층을 넣은 농구화를 만들었어요. 무중력 상태에서 생활하는 우주비행사들은 관절과 물렁뼈가 늘어져 통증이 생기고, 뼈에서 칼슘이 빠져나가 뼈가 약해지기 쉬워요. 그래서 외부로부터 발을 보호하는 공기층, 즉 에어쿠션이 있는 신발을 신고 생활한답니다. 우주인 신발을 본뜬 농구화 덕분에 농구선수들은 부상으로부터 안전해질 수 있었어요.
한편 농구선수들은 좌우로 회전하는 ‘피벗’이라는 동작을 많이 해요. 그래서 농구화 바닥 무늬는 좌우로 좀 더 쉽게 회전하도록 동그란 모양으로 만들기도 한답니다.
승리를 부르는 축구화!
과학 하면 빼놓을 수 없는 스포츠 신발, 축구화! 지금과 같은 모습의 축구화는 1954년 스위스 월드컵에서 처음 등장했어요. ‘징’이라고도 부르는 뾰족한 ‘스터드’가 박힌 새로운 축구화는 큰 마찰력을 만드는 효과가 있지요. 이리저리 재빨리 동작을 바꿔야 할 때 미끄러지지 않으면서도 훨씬 민첩한 동작을 할 수 있도록 도와 줘요.
또, 이전 축구화의 신발끈은 폴리에스테르 섬유로만 만들어서 끈이 쉽게 풀어져 경기 중에 다시 묶는 일이 많았어요. 하지만 새로운 축구화 끈은 폴리에스테르와 면을 반반씩 섞어 끈의 마찰력을 높였고, 그 결과 경기 중에 끈을 다시 묶는 일이 없어졌답니다.
육상의 최고 도우미는 신발!
육상도 신발 과학의 효과를 톡톡히 보는 스포츠 분야예요. 단거리를 달리는 선수들은 튕겨나가는 힘이 좋고, 가벼운 신발을 신는답니다. 또 바람의 마찰을 조금이라도 줄이기 위해 신발의 재봉선을 최대한 적게 만든 신발을 신지요. 반면에 장거리를 달리는 마라톤 선수들은 발에 미치는 피로를 최대한 줄이기 위해 충격 흡수가 잘 되는 소재로 만든 신발을 신어요.
또 경사진 도로를 달려야 하기 때문에, 균형을 맞추기 위해 한쪽 신발의 바닥을 조금 더 두껍게 만들기도 해요. 그리고 발에서 나는 땀과 열을 식히기 위해 온도를 유지해 주는 차가운 항온 섬유나, 땀 배출이 잘 되는 섬유 등을 이용해 신발을 만들기도 한답니다.
미래의 첨단 신발, 어디까지 발전할까?
이야~, 이거 정말 기대 이상인걸요? 한밤중에 찾아온 보람이 있군요! 자, 이제 저에게 맞는 신발을 보여 주세요. 저 같은 우주 전사에게 꼭 맞는 최첨단 신발은 없나요?
오! 버즈 님에게 꼭 맞는 신발이 있어요. 앞으로 개발될 신발들은 첨단 기술을 이용해 더욱 다양한 기능을 할 수 있게 될 거예요! 미래에 나올 신발을 미리 만나 볼까요?
잠깐! 하늘을 나는 우주인 신발
미국항공우주국 NASA에서는 우주에서 생활하는 우주인이 자유롭게 이동할 수 있도록 새로운 신발을 연구했어요. 이름하여 제트 신발! 이 신발은 신발밑창에서 산소 가스가 방출되는 제트 추진 장치를 달아 우주 공간에서 자유롭게 날아다닐 수 있게 만들어졌답니다. 우주 공간에서
두 손을 자유롭게 사용할 수 있는 장점이 있지만, 무겁고 신기 불편한 단점이 있었지요. 결국 미국항공우주국에서는 앉아서 손으로 조종하는 의자 모양의 유인 조종장치를 만들어 우주에서 사용하게 했어요.
미래형 인공지능 신발
GPS(위성항법장치) 기능과 액정표시장치
실시간으로 위치를 파악해 필요한 정보를 제공해 준다.
열고 닫는 자동 개폐장치
신발을 자동으로 열고 닫을 수 있어 신고, 벗기가 편하다.
아웃솔(밑창) 조정 장치
미끄러운 빙판이나 거친 자갈밭 등 다양한 환경에 맞게 신발 밑창을 조정할 수 있다.
전기 발생 장치와 태양열 자가 발전 시스템
발이 신발에 미치는 압력과 태양광을 전기 에너지로 바꿔 전기 기구를 작동하거나 충전할 수 있게 한다.
MP3 스피커
신발에 달린 MP3로 음악을 들을 수 있다.
운동 거리, 운동량, 체지방 측정 센서
사용자의 신체 조건에 맞춰 적절한 운동을 할 수 있도록 운동량을 실시간으로 관리해 준다.
온도 조절 장치
신발 자체 전원을 이용해 내부의 온도를 조절한다. 여름에는 시원하게, 겨울에는 따뜻하게 신발을 신을 수 있다.
인터넷 데이터 연결 단자
인터넷에서 필요한 프로그램을 내려받을 수 있다.
내게 꼭 맞는 신발과 걸음걸이를 찾아라!
와우~! 미래형 신발이 정말 멋져요! 나를 위한 최첨단 신발이에요. 이런 신발이 만들어지면 내가 가장 먼저 신고 싶군요.
버즈 님이 맘에 들어 하실 줄 알았어요! 하지만 아무리 좋은 신발도 잘못 신으면 오히려 건강에 해가 될 수 있어요. 제가 버즈 님과 동화 주인공 여러분께 꼭 맞는 신발을 찾는 법을 알려 드릴게요!
꼭 맞는 신발을 찾아라!
신발을 고를 때 무엇보다 중요한 것은 자기 발에 잘 맞고 편안한 신발을 고르는 거예요. 어떻게 하면 내 발에 꼭 맞는 신발을 찾을 수 있을까요?
➊ 사람의 발은 활발히 활동하고 난 오후 3~4시에 가장 커진다. 발의 너비와 길이는 아침에 측정한 것보다 각각 2~10%, 5~10㎜씩 넓고 길다. 따라서 저녁 시간에 신발을 골라야 발이 조이거나 불편하지 않다.
➋ 양말을 신은 상태에서 발가락 끝을 신발 앞부분에 닿을 만큼 바짝 당겨 보자. 이 때 뒤꿈치에 검지 손가락 하나가 들어갈 만큼의 여유 공간이 생기면 적당한 크기의 신발이다.
➌ 사람마다 발의 모양은 다른 반면 상점에서 대량으로 파는 신발은 모양이 똑같이 생겼다. 따라서 신발을 신고 걸어 보면서 발가락, 발등, 뒤꿈치 등 불편한 곳이 없는지 꼼꼼히 확인해야 한다.
➍ 만일 신발 뒤축에서 발이 쉽게 움직이면 맞지 않는 신발이다. 또 신발 앞부분의 접히는 부분이 발가락의 접히는 부분과 같아야 편하게 신을 수 있다.
내 신발로 확인하는 걸음걸이!
신발을 뒤집어 보세요. 밑창에 어느 부분이 가장 많이 닳았나요? 양쪽 발뒤꿈치의 바깥쪽 부분이 조금 더 닳았다면 바르게 걷고 있다고 할 수 있어요. 하지만 다른 부분이 더 닳았다거나, 뒤꿈치 바깥쪽이 너무 심하게 닳았다면 걸음걸이가 바르지 않다는 뜻이에요!
바른 걸음걸이를 찾아라!
➊ 허리와 등, 가슴을 곧게 펴고 턱을 약간 당긴 자세로 걷는다.
➋ 무릎은 곧게 펴고 발은 골반보다 조금 좁게 11자 모양으로 걷는다.
➌ 자연스럽게 앞뒤로 흔드는 팔의 움직임과 함께 어깨를 앞뒤로 살짝 흔들면서 걷는다.
➍ 발뒤꿈치부터 발바닥, 발끝 순서로 땅에 닿게 하면서 걷는다.
이야~, 우리와 매일 함께 하는 신발이 이렇게 과학적인 것이었구나! 함께 온 ‘새신모’ 회원들의 신발을 확인해 보니 우리도 걸음걸이를 교정해야 할 것 같아.
‘어린이과학동아’ 친구들은 어때? 친구들도 신발을 확인해 봐. 첨단 신발도 좋지만, 무엇보다 걸음걸이를 바르게 해서 건강을 지키는 게 중요하니까 말야. 나도 얼른 돌아가서 내 단짝 친구 우디에게도 알려 줘야겠다! 참, 신발장 주인한테 우리 ‘새신모’ 회원을 만났단 얘기는 비밀인 거 알지?
