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이색적인 휴가를 보내고 싶다면 계곡이나 강가에 가서 수상 스포츠를 즐기는 것도 좋다. 특히 다 같이 힘을 합쳐 급류를 통과해야 하는 래프팅을 하면 가족이나 친구와 좋은 추억을 남길 수 있다. 이때 사나운 물살에 보트가 뒤집히지 않으려면 왼쪽과 오른쪽의 무게를 얼추 맞춰 보트에 올라타야 한다. 

 

 

래프팅 중 급류를 만나 한 명이 물에 빠지면 보트는 균형을 잃고 회전한다. 자칫 나머지 사람들도 물에 빠질 수 있다. 어떻게 하면 좋을까?

 

이럴 땐 시소의 원리를 생각하면 된다. 몸무게가 서로 다른 사람이 시소에 탔을 때 시소가 균형을 유지하려면 가벼운 사람이 받침점에서 멀리 떨어져 앉으면 된다. 이때 시소는 오른쪽과 같은 비례식을 만족한다. 

 

시소의 원리를 래프팅에 적용하면 된다. 무게가 적은 쪽의 사람이 자리에서 일어서면 무게중심이 보트 중심에서 멀어져 보트가 뒤집히는 불상사를 조금이라도 막을 수 있다.

 

 

 

물 위에서 하늘을 나는 경험을 할 수 있는 수상 스포츠도 있다. 바로 플라이보드와 카이트서핑이다. 플라이보드는 보드 아래에 있는 장치에서 거세게 뿜어져 나오는 물의 수압으로 상승하는 힘을 받아 비행하고, 카이트서핑은 전용 연(카이트)을 이용해 바람의 힘으로 파도를 탄다. 보기에는 쉬워 보이지만, 둘 다 한눈을 팔았다간 아파트 5~10층 높이에서 추락할지도 모른다.

 

플라이보드와 카이트서핑을 잘 타기 위해서는 ‘벡터’를 이해해야 한다. 좁은 플라이보드 위에서 균형을 잡고 서려면 벡터의 덧셈을 알아야 하고, 카이트서핑의 움직임을 이해하기 위해서는 벡터의 분해를 알아야 한다.

 

 

 

지구가 사람과 플라이보드를 당기는 중력을 F_g, 플라이보드와 수압이 나를 떠받치는 힘을 F_N이라고 하자. 두 벡터를 더하는 방법은 아래와 같다.

 

➊ F_N의 시작점이 F_g의 끝점에 오도록 평행이동한다. 

➋ F_g의 시작점부터 평행이동한 F_N의 끝점까지 화살표를 그려 F 를 만든다. 이 F 가 F_g와 F_N을 더한 결과다. 나쁜 자세에서는 F 의 방향이 아래를 향하므로, 사람은 물에 풍덩 빠진다. F_N  대신 F_g를 같은 방법으로 평행이동해 F  를 그려도 결과는 같다.

➌ 바른 자세처럼 F_g와 F_N이 서로 크기가 같고 방향이 반대면 F_g + F_N = 0이다. 이때 사람은 균형을 유지한다.

 

 

 

바람이 연을 미는 힘 F 를 수면에 수평인 방향과 수직인 방향으로 나눠보자. 서퍼가 정면과 하늘 방향으로 각각 얼마나 빨리 이동할지 알 수 있다.

 

 

➊ F 의 시작점을 원점으로 하고 수면에 수평인 방향이 x축, 수직인 방향이 y축인 좌표평면을 그린다.

➋ F 의 끝점에서 각 축에 수직선을 내려 교점을 찾은 뒤, F 의 시작점에서 각 교점까지 벡터를 그린다. 서퍼는 수면에 평행한 방향으로 F_x만큼, 하늘 방향으로 F_y만큼 힘을 받는다. 힘이 셀수록 속도가 빨리 증가한다.

➌ θ를 조절하면 같은 바람에도 서퍼의 방향과 속도를 달리 할 수 있다. θ를 줄이면 솟아오르는 힘은 작아지고 앞으로 가는 힘은 커진다.