FIFA는 월드컵에서 쓰는 축구공, 공인구를 4년마다 바꿔. 나 차호랑, 새로운 공에 적응하기 위해 과학 연구의 도움을 받았지.

단 4개의 가죽을 이어 만들었다

북중미 월드컵의 공인구는 미국·캐나다·멕시코 3개 나라를 뜻하는 이름의 ‘트리온다(Trionda)’예요. 지금까지 월드컵 공인구 중 가장 적은 단 4개의 인조 가죽 조각으로 만들어졌죠.

지난 3월과 5월, 서울여자대학교 스포츠운동과학과 홍성찬 교수 연구팀은 공기 중에서 트리온다의 움직임을 살펴본 연구 결과를 밝혔어요. 연구팀은 다양한 세기로 부는 바람 앞에 공을 고정하고 공 주변의 공기 흐름을 측정했어요. 슈팅이나 롱킥처럼 공이 1초에 약 25m 이상 속도로 날아갈 때, 트리온다에 작용하는 항력은 예전 공인구들보다 컸어요. 항력은 공기가 공을 뒤로 잡아당기는 힘이죠. 홍성찬 교수는 “항력이 크면 공이 무겁고 잘 안 나가는 느낌이 든다”고 말했어요.

연구팀은 공을 놓는 방향이 공이 날아가는 거리인 비거리에 주는 영향도 살펴봤어요. 트리온다의 조각들은 곡선이나 Y자 모양으로 만나고, 조각 안엔 얕은 홈도 파였어요. 어떤 부분이 바람을 정면으로 받는지에 따라 공기 흐름이 달라져 비거리가 최대 약 3m 차이나는 것을 확인했죠.

▲홍성찬

날아가는 공 뒷부분의 공기 흐름을 나타낸 그래픽.

고지대에서 달라지는 공의 궤적

회전하며 날아가는 공 주변에선 공기가 흐르는 속도에 따라 공기의 압력 차이가 생긴다. 평지에선 공기 압력이 더 낮은 방향으로 공의 궤적이 휘어지지만, 공기 밀도가 낮은 고지대에선 압력 차이가 약해져 공이 덜 휘어진다.

높은 곳에선 더 멀리 날아가고, 덜 휘어진다

고지대에서 트리온다는 어떻게 움직일까요? 홍성찬 교수 연구팀의 모의 실험 결과, 공기 밀도를 약 10% 낮춘 해발 1500m 조건에서 트리온다의 비거리는 해수면에서보다 약 2m 더 늘어났습니다. 공기 밀도가 낮으면 공기 저항이 약해지고, 공의 속도가 천천히 줄어들어 더 멀리 날아갈 수 있어요. 이 때문에 선수는 패스한 공이 생각보다 빠르게, 엉뚱한 위치에 도착한다고 느끼게 돼요.

고지대에선 공이 그리는 궤적도 달라져요. 공기 밀도가 낮아 ‘마그누스 힘’이 약해지기 때문이죠. 마그누스 힘은 회전하며 날아가는 공 주변의 공기 압력으로 인해 생기는 힘으로, 공을 휘게 만들어요. 2010년, 오스트리아 빈 응용과학대학교 연구팀은 해발 약 10m부터 약 1750m까지 다른 고도에서 회전 수와 속도가 같은 공으로 프리킥을 차는 상황을 모의 실험했어요. 그 결과 해발 약 1750m에선 해발 10m에서보다 공이 덜 휘어졌고, 골문 근처에서 공의 위치는 가로로 최대 87cm까지 달라졌습니다.

이처럼 월드컵에 참가하는 선수들은 매번 달라지는 공인구와 경기 장소의 특성에 적응해야 해요. 홍성찬 교수는 “같은 트리온다라도 고지대에선 더 멀리 날아가고 궤적까지 달라져 선수들이 더욱 다루기 어렵다고 느낄 것”이라고 말했어요.