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흰 눈이 기쁨처럼 내려오는 겨울날! 스키를 타고 씽씽~ 산을 내려오면 가슴이 뻥 뚫릴 것만 같아요. 스케이트를 신고 투명한 거울 같은 얼음 위를 빠르게 달리면 겨울왕국에 온 듯한 기분이 들겠죠. 눈과 얼음 속에서 즐기는 시원한 한 판 경기! 그 속에 숨은 수학의 비밀을 들여다봐요.

[스키] 새처럼 날고 자동차처럼 달린다!

알파인 스키

스키에는 알파인 스키, 크로스컨트리 스키, 프리스타일 스키, 바이애슬론, 스키점프, 노르딕 복합 등 크게 6가지 종목이 있어요. 그중에서도 가장 대표적인 종목이 바로 알파인 스키예요. 길쭉하고 납작한 스키를 타고 ‘폴대’라고 부르는 막대를 이용해서 눈 덮인 언덕을 빠르게 내려가지요. 러시아, 핀란드, 스웨덴, 노르웨이 등 눈이 많이 내리는 북쪽 나라에서 처음 시작됐어요. 눈 내린 산에서 길쭉한 나무 판자를 신발 밑에 끼우고 타던 것이 그 시작이었지요.

알파인 스키는 2분 안에 코스를 모두 지나서 결승선을 통과해야 해요. 이때 최고 속력은 시속 152km까지 올라가요. 우리나라 고속도로를 달리는 차들의 최고 속도를 시속 100~110km로 제한하고 있으니, 알파인 스키 선수들은 고속도로 위 자동차보다도 빠른 셈이에요. 알파인 스키가 겨울철 스포츠 중에서도 가장 힘들고 위험한 종목으로 꼽히는 이유예요.

알파인 스키는 점프와 회전을 활용한 여러 종목으로 나뉘어요. 회전 수가 적을수록 종목에서 사용하는 스키의 길이가길어져요. 스키의 길이가 길면 방향을 쉽게 바꾸기는 어려워도, 바닥에 닿는 면이 더 넓어서 안정적으로 경기를 할 수 있거든요. 반면 스키의 길이가 짧으면 더욱 정밀하고 빠른 회전 동작을 선보일 수 있지요.

스키점프

스키를 탄 채 높은 산꼭대기에서 날아오르는 스포츠도 있어요. 바로 스키점프예요. 최고 164m, 즉 아파트 29층 높이의 스키대에서 경사로를 타고 날아올라 더 멀리까지 가는 선수가 이기는 경기이지요. 한 번에 100m 보다 먼 거리를 날아가요.

최초의 스키점프 기록은 1808년 노르웨이의 군인 올라프 리예가 스키를 탄 채 작은 언덕에서 9.5m 정도를 날아간 거예요. 이후 몸의 각도를 조정하는 등 여러 기술이 개발돼 지금의 스키점프가 탄생했어요. 1936년 오스트리아의 스키점프 선수 제프 브라들은 세계 최초로 100m가 넘는 거리를 날았다는 기록이 남아 있어요.

스키점프에서는 각도가 매우 중요해요. 높이 점프해서 하늘을 날 때 공기가 몸에 부딪히는데, 선수의 입장에서는 강한 맞바람이 불어오는 것처럼 느껴져요. 공기저항 때문에 앞으로 나아가기가 힘들어지지요. 이것을 ‘항력’이라고 해요. 항력을 줄여야 더 멀리 날아갈 수 있어요.

국제스키연맹은 스키점프 선수들이 항력을 줄이고 더 멀리 날 수 있도록 ‘최적의 비행자세’를 연구했어요. 스키와 하체의 각도는이내, 땅과 스키의 각도는이내, 상체와 하체 사이의 각도는사이가 가장 좋다고 해요. 이 비행자세는 공기가 몸에 닿는 면적(넓이)을 최대한 줄이고, 물체가 뜨려는 힘인 ‘양력’이 더 잘 발휘되도록 하지요.

[컬링] 빗자루질과 함께 하는 얼음 위의 체스

컬링은 약 42m 길이의 아이스링크에서 ‘컬링스톤’이라는 돌을 ‘하우스’라는 원 안에 넣어 점수를 얻는 경기예요. 컬링은 세계에서 가장 오래된 팀 스포츠 중 하나이기도 해요. 1500년대 초반 스코틀랜드에서 처음 시작됐는데, 맨 처음에는 얼어붙은 연못이나 호수에서 돌을 미는 방식으로 경기를 즐겼어요.

컬링스톤의 무게는 20kg이 넘어요. 컬링에서 이기려면 아주 치밀한 전략이 필요한데, 꼭 체스와 같다고 해서 ‘얼음 위의 체스’라고도 불려요.

컬링의 핵심은 크고 무거운 컬링스톤을 원하는 위치에서 멈추도록 하는 거예요. 스톤을 밀어낼 때의 각도, 스톤이 뻗어 나가는 방향, 돌과 얼음 사이의 마찰력 등을 꼼꼼하게 계산해야 하지요.

컬링스톤은 밀어내는 순간 길이 1cm, 각도차이만으로도 뻗어 나가는 방향이 크게 바뀌어요. 짧은 거리에서는 그 변화가 눈에 띄지 않다가도, 먼 거리를 이동하면서 차이가 점점 커지지요. 컬링스톤을 밀 때 각도가 조금만 틀어져도 엉뚱한 곳으로 가게 돼요.

매끄러운 아이스링크를 쓰는 스케이팅 종목과 다르게, 컬링은 ‘페블’이라는 작은 얼음 알갱이가 있는 아이스링크에서 경기를 치러요. 컬링스톤을 밀면 페블이 스톤 바닥에 들러붙는데, 이때 마찰력이 생겨서 스톤이 뻗어나가는 거리, 속도, 움직이는 방향에 영향을 주지요. 마찰력이란 물체가 어떤 면과 닿은 채 움직일 때 그 물체가 움직이는 걸 방해하는 힘을 말해요. 물체가 무거울수록 마찰력은 커져요. 물체의 무게가 똑같다면, 맞닿은 면이 매끄러울수록 마찰력이 작아지고 거칠수록 마찰력은 커지지요.

컬링스톤을 더 멀리 보내려면 마찰력을 줄여야 해요. 페블이 스톤에 덜 달라붙게 해야 하지요. 그래서 스톤이 지나갈 곳을 빗자루로 마구 문질러 반들반들하게 만들어요. 이 기술을 ‘스위핑’이라고 해요. 스위핑을 하면 스톤은 더 오랫동안 같은 속력을 유지할 수 있답니다.