[스포츠와 물리학] 탁구공을 띄워서 서브하는 이유..사실 과학이었다?
높이 토스하면 공의 회전도 빨라져
[MHN스포츠 권성준 기자] 탁구는 간단한 규칙과 장비의 간단함 그리고 재미 등의 이유로 인해 생활 스포츠로 인기가 많다.
탁구는 크게 보자면 두 사람이 테이블 위에서 라켓으로 공을 주고받는 게임이다. 이때 처음 공을 치는 행위를 서브라고 한다.
서브를 할 때 누구나 공을 위로 띄운다. 위로 뜬공을 쳐서 상대편 네트 너머로 보낸다. 다들 무의식적으로 공을 공중에 띄운 다음 치는 게 멀리 나간다고 알고 있다.
심지어 이에 대한 규칙도 있다. 탁구에서 서브할 때에는 손에서 16cm 이상 높이로 띄운 다음 공이 내려오는 타이밍에 쳐야 한다는 규칙이 있다.
규칙이 있을 정도로 서브시 토스는 중요한데 대체 왜 서브를 넣을 때 왜 토스를 해야 할까? 정답은 탁구공의 물리학에 있다.
탁구공은 전 구기종목을 통틀어서 가장 가벼운 공을 사용한다. 공의 무게는 대략 2.7g으로 제작되도록 규정되어 있다.
탁구는 공이 가벼운 만큼 외부에서 가해준 힘에 의한 차이가 크게 벌어진다는 특징이 있다. 공이 가볍다는 질량이 작다는 의미이며 이는 외부 힘에 대한 운동의 변화 정도가 크다는 뜻이다.
뉴턴의 제2법칙에 의하면 물체에 작용하는 힘은 물체의 질량과 가속도의 곱으로 주어진다. 공에 어떤 힘이 작용하면 질량이 작기 때문에 공의 가속도가 커진다.
가속도가 커지면 그만큼 속도의 변화가 크기 때문에 운동의 변화가 크게 나타난다. 탁구공은 입김에도 움직일 정도이며 작은 힘만 가해줘도 운동 상태가 크게 변한다.
공을 위로 토스하면 손이 탁구공을 밀어준 힘 때문에 탁구공이 위로 상승한다. 손을 떠나 위로 올려진 공은 중력을 계속 받으므로 시간이 지나면 운동 방향을 바꾸고 아래로 떨어지는 것은 상식이다.
공이 손에서 떠난 시점에 손이 작용한 힘은 물체의 공의 운동 에너지로 저장된다. 이 운동 에너지는 위로 상승하면서 전부 중력에 대한 위치 에너지로 변환된다.
공이 최고점에 도달한 순간 모든 운동 에너지는 위치 에너지로 변환되며 추락하면서 위치 에너지가 운동 에너지로 다시 변환되어 내려올수록 공의 속도가 빨라진다.
따라서 최고점에 도달하였을 때 공을 가격하면 공의 낙하 속도에 라켓의 힘에 의해 생기는 공의 속도가 추가되어 빠른 구속을 가지게 된다. 더욱이 탁구공의 질량은 작기 때문에 속도 증가량이 가장 크다.
공을 높이 토스하는 것은 공을 세게 던진다는 의미랑 같다. 공을 세게 던지므로 손에서 출발한 공은 운동 에너지를 많이 머금고 출발한다.
공이 최고점에 도달하면 그 운동 에너지가 위치 에너지로 전환되어 있으므로 많은 에너지를 담고 있다고 생각할 수 있다. 따라서 높이 토스하여 서브하면 더 빠른 속도로 공이 날아가게 된다.
공의 회전도 토스 높이에 영향이 있다. 손으로 공을 던지면 공은 회전한다. 손으로 던지는 힘의 전부가 운동 에너지로만 변환되지 않고 회전 운동 에너지로도 변환된다.
회전 운동 에너지는 위치 에너지로 변환되지 않기 때문에 공의 높이와 관계없이 거의 일정하게 유지되고 라켓이 공을 치면 그대로 공의 스핀이 되어 나아간다.
높이 던지면 운동 에너지가 많은 만큼 회전 운동 에너지로도 많이 변환되고 공의 회전이 빨라진다. 결과를 정리하면 공을 높이 토스하면 공의 속도와 스핀이 빠른 서브를 넣을 수 있다.
Copyright © MHN. 무단전재 및 재배포 금지.