[지식더하기] 축구의 물리학

2019년 3월 30일 업데이트됨

축구는 지구에서 가장 대중적인 스포츠이다. 전세계의 사람들은 축구에 울고 웃으며, 분노하고 기뻐한다. 때로는 축구 하나로 전 국민이 단결하기도 한다. 이렇게 우리들의 심장을 뛰게 하는 축구가 가지는 사회적 영향력이란 측정이 불가능할 것이다.


2002 월드컵 4강 신화는 우리의 심장을 뛰게 했다.

하지만 축구를 볼 때 무엇보다 우리의 심장을 뛰게 하는 것은 대포알 슛, 라보나 킥, 바나나 킥, 사포 등 화려한 테크닉들일 것이다. 몇몇 사람들은 그런 테크닉들을 따라하다가 망신을 당하곤 하지만, 그 테크닉들의 멋짐은 결코 포기할 수 없는 '무언가'이다.


네이마르의 화려한 사포는 수비수를 그냥 닦아버린다.

그래서 우리는 오늘, 그 화려한 테크닉들 속에 있는 물리학을 확인하고 이해함으로써 보다 쉽게 멋진 테크닉들을 익힐 수 있도록 방법들을 제시하고자 한다. 단순히 물리적인 접근 뿐만 아니라 실질적인 팁과 함께 설명을 할 터이니, 많은 사람들에게 도움이 되었으면 한다.



1. 무회전 슈팅


디디에 드록바의 엄청난 무회전 슈팅

가끔씩 축구를 보다 보면 공격수들이 무회전 슈팅을 차는 것을 볼 수 있다. 일반적인 회전이 걸린 슈팅과는 다르게, 무회전 슈팅은 매우 묵직할 뿐더러, 계속 진동하면서 궤적을 예측 할 수 없게 오기 때문에 골키퍼 입장에서 이를 막는 것은 매우 어려운 일이다.


그렇다면 왜 무회전 슈팅은 강력하고 궤적을 예측할 수 없는 걸까?


해당 실험 영상

먼저, 우리는 이 무회전 슈팅의 궤적을 카르만 소용돌이 (Karman Voltex)효과로 설명할 수 있다.

위 영상과 같이 회전하지 않는 경우 공의 뒤에서 불규칙적인 소용돌이가 생기게 되는데, 이 소용돌이는 압력이 상대적으로 적기 때문에 소용돌이에 따라 공이 움직이게 되면서 공이 불규칙적으로 움직이게 되는 것이다.


각각 색깔은 축구공의 위 아래로부터 나오는 흐름을 나타냅니다.

조금 더 추가 설명을 덧붙이자면, 카르만 소용돌이는 이론적으로 이상적인 원통형 물체에 대해서 일정한 속력일 때에는 이러한 소용돌이가 규칙적으로 일어난다. 하지만 실제 축구공의 경우 완전한 원통이 아닌 구이며, 중력 및 공기저항으로 인해 속력이 계속 변하고, 또 완전한 무회전은 아니기 때문에 결과적으로 소용돌이가 거의 불규칙적으로 발생되어 공이 거의 불규칙적으로 움직이게 되는 것이다.


그렇다면 어떻게 하면 무회전 킥을 찰 수 있을까?


감아차기는 다음 장에서 설명하도록 하겠다.

위 사진의 위쪽을 보게 되면 알 수 있듯이 무회전 슈팅을 차기 위해서는 공의 정중앙의 일부분을 강하게 차야 한다. 이는 무게중심에 직접적으로 힘을 가해줌으로써 토크를 만들지 않기 위함이다. 만약 다른 부분, 예를 들어 밑의 그림과 같이 중심 부분에 힘을 가하지 않는다면 토크가 발생해 공이 회전함으로써 무회전 슈팅을 쏠 수 없게 된다. 이렇게 무게중심에 직접적으로 힘을 가해주는 것은 여러가지 장점이 있는데, 일단 위에서 말한 무회전으로 인한 카르만 소용돌이 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 회전운동에 에너지가 쓰이지 않음으로써 보다 선운동에 더 많은 에너지가 가게 되어 더욱 강력하고 빠른 슛을 쏠 수 있게 된다.


백문여불여일견이라고, 글로만 설명하는 것보다는 영상을 직접 보면서 방법을 이해하는 것이 좋을 것이다.



정리하자면, 중심을 잘 맞추기 위해서는 먼저 몸을 기울이면서 낮춤으로써, 보다 정확한 임팩트를 줄 수 있도록 하고, 또 발목에 힘을 주기 위해 슛을 차기 전에 발목을 피고 차도록 한다. 그렇게 자세를 어느 정도 익히면 강력한 슈팅을 찰 수 있게 될 것이다.




2. 감아차기


감아차기, 흔히 바나나킥으로 불리는 이 슈팅의 원리는 마그누스 원리라고 익히 알려져 있다.

마그누스 힘

공이 회전하게 되면 주변의 공기의 속력이 커지거나 작아지게 됨으로써 이 속력 차이에 의한 압력 차이에 의해 공이 마그누스 힘을 받아 휘게 되는 것이다. 하지만, 이 마그누스 힘을 눈에 잘 보일만큼 내기 위해서는 엄청난 회전속도가 필요하다. 하지만 회전속도를 높이기 위해서는 결국 그만큼 선운동에 들어가는 에너지가 적어지므로, 공의 속력은 무회전 슛에 비해 느려지게 된다.

호베로트 카를로스의 전설적인 바나나슛

때문에 이 감아차기를 일반인들도 찰 수는 있지만, 강하게 감아차기를 차는 것은 상당한 노력과 힘이 필요하기에, 보통 숙련된 선수들만이 감아차기를 실제 상황에 사용한다.


차는 방법은, 위에서 언급했듯이, 공의 중심이 아닌 바깥쪽을 강하게 차는 것이다. 바깥쪽일 수록, 강하게 차면 찰수록 회전속력이 증가하여 잘 휘어지겠지만, 직진하는 속도는 바깥쪽일 수록 작아지므로, 적당한 위치를 강한 힘으로 차는 것이 상당히 중요하다.


이 또한 영상을 첨부했으니 직접 보면서 이해하고 실천해보기를 바란다.


오늘은 간단히 보편적으로 잘 알려져 있는 두가지 슈팅에 대해서 살펴보았다. 사실 슈팅만 잘하더라도 경기에서 상당한 영향력을 끼칠 수 있으니 끊임없는 노력을 통해 꼬발 슈팅과 개발 슈팅에서 벗어나 강력한 슈팅을 쏘는 슈터가 되도록 하자.


필요한 피직스 2019 봄호


작성자: 18-017 김민규

분야: 물리학


참고문헌:

[1] https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=seojt0414&logNo=221183162425&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.co.kr%2F

[2] https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=200z7rkr&logNo=220363022396&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.co.kr%2F

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%A1rm%C3%A1n_vortex_street


이미지:

[1] https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=200z7rkr&logNo=220363022396&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.co.kr%2F

[2] http://www.koreadaily.com/news/read.asp?art_id=6218480

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%A1rm%C3%A1n_vortex_street

[4] http://www.busan.com/view/busan/view.php?code=20181129000034

[5] https://www.youtube.com/watch?v=pa1WrL8qWAM

[6] https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=seojt0414&logNo=221183162425&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.co.kr%2F


동영상:

[1] https://www.youtube.com/watch?v=s3-SFekrU1I&t=434s

[2] https://www.youtube.com/watch?v=-9yBXpxXc6U&t=4s



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