축구의 운동량,충격량의 법칙

[06년1학기초급초등2반이시화]

부드러운 볼트래핑을 한 후 강 슛!

	2002년 한일 월드컵 한국과 포르투갈의 예선 마지막 경기. 왼쪽에서 이영표 선수가 크로스 한 공을 박지성 선수가 가슴 트래핑하여 세르지오 콘세이상을 제치고 왼발로 발리슛을 날렸고, 이 공은 골키퍼의 다리 사이로 들어가 멋진 승리의 골이 되었다.
	◀ 2002년 한일 월드컵, 대한민국과 포르투갈의 경기에서     결승골을 넣어 승리한 뒤 환호하는 박지성
트래핑은 사실 빠르게 날아오는 공을 멀리 튕겨나가지 않고 몸 바로 앞으로 떨어뜨리는 기술인데 생각보다 어렵다고 한다. 가슴 트래핑의 중요 포인트는 빠르게 날아오는 볼을 자신의 가슴을 이용하여 최대한 그 볼의 속도를 떨어뜨리는 것이다. 즉, 날아오는 공의 운동량을 최대한 감소시키는 것이 관건이다. 그러기 위해서는 숨을 들이마셨다가 약간 내뱉고, 가슴의 근육을 최대한 이완시키면서 약간 뒤쪽으로 이동하도록 한다. 반면, 강슛의 원리는 이와 반대이다. 정지되어 있거나 날아오는 공의 운동량을 줄이는 것이 아니라 운동량을 크게 만들어야 하는 것이다. 그러기 위해서는 강한 힘으로 오랫동안 축구공에 힘이 미칠 수 있도록 축구공과 발이 붙어 있는 시간을 늘려야 하는 것이다.

MovePosition();

운동량, 충격량으로 이해하자.

이렇게 날아오는 물체가 가진 중요한 물리량은 무엇인가? 모든 물체는 기본적으로 현재의 운동 상태를 유지하려는 ‘관성'을 가지고 있다. 즉, 날아오는 공은 계속 일정한 속도로 날아오려는 성질을 가지고 있는 것이다. 그러면 이러한 관성의 크기에는 어떤 물리량이 중요한 역할을 하는가? 바로 질량과 속도이다. 그래서 이 ‘질량 × 속도'를 움직이는 물체가 가진 ‘운동량'이라고 정의 내렸다. 결국 볼을 트래핑 한다는 것은 이 운동량을 감소시켜 0으로 만든다는 것을 의미한다. 공의 운동량을 변화시키기 위해서는 결국 공의 속도를 변화시켜야 한다. 그러면 속도 변화량은 무엇에 영향을 받는가? 이것은 가해진 힘(충격력)과 힘이 작용하는 시간(충돌시간)의 곱에 비례하는데 이 물리량을 ‘충격량'이라고 정의 내린다.

지금까지 내용을 정리하면 다음과 같다.

①운동량( ) = 질량( ) × 속도( ) (단위:kgㆍm/s)

②충격량( ) = 충돌할 때 받은 힘(충격력)( ) × 충돌 시간( )

            = 운동량 변화량(나중 운동량-처음 운동량)

그러면 공의 운동을 정지시킬 때 효과적으로 충격력을 줄이는 방법은 무엇인지 생각해 보자. 바로 충돌시간을 늘리는 것이다. 즉, 가슴으로 공을 트래핑 할 때 충돌하는 공과 가슴과의 충돌시간을 가능한 길게 가져갈 수 있도록 하는 것이다.

그래프로 보면 아래와 같다. 그래프에서 충격량은 곡선 아래의 면적과 그 크기가 같다. 즉 A의 면적과 B의 면적이 같으면 충격량도 같다고 할 수 있다.

이러한 원리를 이용하는 실생활의 예는 무수히 많다. 옆의 그림과 같이 접시가 바닥에 떨어질 때 딱딱한 바닥에 떨어지면 충돌시간이 짧기 때문에 접시가 받는 충격력이 커져 쉽게 깨지는 반면, 충돌시간을 길게 하는 부드러운 면에 떨어지면 충격력이 작아져 깨지지 않게 된다. 그 외에도 높은 곳에서 뛰어 내릴 때 무릎을 굽히는 행위, 야구공을 받을 때 글러브를 끼는 행위, 자동차 에어백, 신발의 쿠션, 그리고 체육관의 바닥을 고무 같이 충격을 흡수하는 재질로 만든 것도 모두 이 원리로 설명 가능하다.

또한 이 식을 이용해서 ‘강슛'의 원리도 설명할 수 있다. 결국 공을 멀리 보내거나 빠르게 하기 위해서는 운동량 변화량을 키워야 한다. 즉, 충격량을 늘여야 한다. 그러기 위해서는 강한 힘과 오랜 충돌시간이 필요하다. 그러므로 강슛을 만들기 위해서는 강한 힘으로 축구공이 발에 오랫동안 붙어있게 하여 힘을 받는 시간을 길게 만들어야 한다.
이러한 원리를 이용한 예를 더 들어보자. 야구에서 타자가 공을 칠 때 가능한 풀스윙으로 배트와 야구공이 붙어 있는 시간을 길게 함으로써 공이 더 멀리 가게 할 수 있다. 그리고 권총보다 장총의 총알이 멀리 날아가는 원리도 마찬가지이다. 총구의 길이를 길게 하여 총알이 힘을 받는 시간을 길게 함으로써 멀리 날아가게 하는 것이다.

운동량 보존법칙으로 충돌 후를 예상하자.

m₁V₁+ m₂V₂(충돌전운동량합) = m₁V'₁+ m₂V'₂(충돌후운동량합)

만약 2kg의 물체가 오른쪽으로 2m/s의 속도로 3kg의 물체가 왼쪽으로 1m/s의 속도로 움직이다 충돌 후 2kg의 물체가 왼쪽으로 1m/s의 속도로 움직인다면 3kg의 물체는 어떤 방향으로 얼마의 속도로 움직일 것인가를 예상해 보자.

위에 나와 있는 식을 인용하면,

［2×2＋3×(-1)=2×(-1)＋3×v］∴v=1 ㎧ (-)부호는 왼쪽방향)

즉, 충돌 후 3kg의 물체는 오른쪽으로 1m/s의 속도로 움직일 것이라는 것을 예상할 수 있다.

검수위원 : 세종대학교 체육학과 이용수 교수(축구해설위원)
               광주교육대학교 체육교육과 이동우 교수