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[2021 가을호] 3 - 물리학과가 본 올림픽

  • 김도영
  • 2021-12-24 07:02:36

2021 AUTUMN 공대생이 보는 세상 3

물리학과가 본 올림픽
Dept. of Physics





물속에서 기록을 경쟁하는 수영은 하계 올림픽의 꽃 중 하나라고도 볼 수 있지!

그런데 선수들은 어떻게 기록을 단축할까? 여러 방법이 있지만, 특히 잠영(잠수 영법)이 중요해. 실제로 선수들이 경기할 때를 보면, 항상 잠영한 후에 다양한 영법을 이용하여 수영하는 것을 볼 수 있어. 그 이유는 잠영이 다른 수영 영법보다 빠르기 때문이야. 그렇다면 왜 잠영이 다른 수영 영법보다 빠른 것일까?

가장 빠른 수영 영법, 잠영

선수들은 잠영할 때 돌핀킥 Dolphin Kick을 이용해. 돌핀킥은 스타트나 턴 이후 두 손과 발을 모아 돌고래처럼 위아래로 치고 나가는 영법이야. 이 돌핀킥에 대한 연구는 돌고래를 관찰하면서 시작되었다고 해. 그 첫 번째로, 과거 돌고래의 속도에 관해 연구하던 동물학자 제임스 그레이(James Gray)는 돌고래에 관한 흥미로운 사실을 발견했어. 돌고래는 물속에서 시속 20마일(20mile) 이상의 빠른 속도로 헤엄칠 수 있는데, 이론적으로 돌고래의 근육은 이 속도를 내도록 할 수 있는 에너지를 만들지 못한다는 사실을 발견한 거야. 그래서 그레이 교수는 돌고래의 피부에는 항력 Drag을 줄이는 특별한 특성이 있어야 한다고 주장했지. 이는 후에 그레이의 역설 Gray's Paradox로 불리게 되었어.

그레이의 역설을 통해 밝혀낸 잠영의 비밀

그레이의 역설은 72년후에 미국 한 연구팀의 실험 결과에 의해 해결되었어. 연구팀은 항공우주 연구를 위해 개발된 힘 측정 도구와 초당 1,000개의 비디오 프레임 Frame을 캡쳐할 수 있는 디지털 입자 이미지 속도계 Particle Imaging Velocimetry의 기술을 결합하여 돌고래가 꼬리를 퍼덕일 때의 힘을 측정했어. 그러자 놀라운 결과가 나왔는데, 꼬리를 퍼덕일 때마다 평균 200파운드힘(200lbf)을 생성한다는 거야! 이 힘은 역도 선수가 약 100kg의 바벨을 들 때 드는 힘 정도로 비유할 수 있어.
그림 1. 연구팀이 촬영한 돌고래 ‘프리모’와 주변 물의 흐름을 시각화한 모습
우리들의 잠영 역시 돌고래와 비슷한 원리를 가지고 있어. 앞에서 설명한 추진력에 더해서, 수영할 때 생기는 저항인 파도 저항까지 줄일 수 있기 때문에 잠영은 수영 영법 중 가장 빠른 영법이라고 할 수 있지. 그럼 나는 수영 경기를 마저 보러 가야겠다. 안녕!!

ALIMI 27기 무은재학부 김도영

포스텍이나 진로 관련 질문들 환영해요 :)

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