점프와 회전: 우아한 피겨 속 비밀

2025 하얼빈 아시안게임 여자 싱글 금메달을 차지한 김채연 선수

2025 하얼빈 아시안게임 남자 싱글 금메달을 차지한 차준환 선수

 빙판 위에서 피겨스케이팅 선수들은 중력을 거스르며 높이 뛰어오르고, 빙글빙글 회전하며 우아한 연기를 펼친다. 하지만 이 아름다운 기술들은 모두 물리 법칙을 따른다.

 이번 2025 하얼빈 동계 아시안게임에서 한국 피겨스케이팅 선수들이 남녀 동반 금메달을 차지하며 새 역사를 썼다. 그들이 보여준 환상적인 점프와 회전에는 어떤 과학적 원리가 숨겨져 있을까?

 

회전의 비밀

피겨 스케이팅의 스핀에는 업라이트 스핀(upright spin), 싯 스핀(sit spin), 카멜 스핀(camel spin)의 기본 자세가 있다.

업라이트 스핀은 똑바로 선 자세의 스핀, 싯 스핀은 앉아서 하는 스핀, 카멜 스핀은 떠있는 다리를 뒤로 하고 그 다리의 무릎을 엉덩이보다 높게 하는 스핀이다.

김연아 선수의 독창적인 카멜스핀- 유나스핀

스핀의 자세에 따라 속도가 느려졌다가 빨라지는 현상을 관찰할 수 있다.

 

• 각운동량 보존 법칙: L = Iω
  • L(각운동량)은 일정
  • I(관성모멘트)가 작아지면, ω(각속도)는 커짐 → 회전 속도가 증가
  • 관성모멘트 I= ∫ r^2 dm

질량을 M이라고 하고 길이를 R이라고 한다면 관성모멘트 I= (1/12)MR^2

 

회전축인 몸으로부터 양 팔을 팔을 얼마나 뻗는지(R)에 따라서 관성모멘트가 달라지고, 이에 따라 회전 속도가 변화하게 된다.

선수들이 회전할 때 팔을 활짝 펼쳤다가 몸에 모으면 회전 속도가 급격히 빨라진다. 이는 바로 ‘각운동량 보존 법칙’ 때문이다. 몸의 질량이 중심에 가까울수록(관성모멘트 감소), 회전 속도가 증가하기 때문이다.

 

점프의 비밀

김연아 선수의 점프

• 점프전: 선수는 점프하기 위해 빙판을 강하게 밀어 힘을 가함 (근육의 힘 → 가속도 증가)

이때 선수는 수평 방향 속도(빙판 위 이동) + 수직 방향 속도(점프 방향) 를 가짐

KE=(1/2)mv^2 의 운동에너지만 존재

• 점프

 

선수는 얼음을 강하게 밀어 반작용(force)으로 도약

점프하는 순간, 얼음이 선수에게 수직 방향 힘(Normal Force)을 줌

KE->PE 운동에너지가 점차 위치에너지로 변환됨

 

• 최고점

속도(v)가 0이 되어 공중에서 정점에 도달

PE=mgh 의 위치에너지만 존재

• 착지

중력에 의해 선수는 다시 떨어지기 시작

PE->KE 위치에너지가 다시 운동에너지로 변환됨

 

선수가 더 높이(h) 뛰기 위해서는 출발 속도를 높여 운동에너지를 최대로 해야 한다.

점프 전, 선수는 얼음을 강하게 밀어 반작용의 힘을 얻는다. 점프 순간, 얼음이 선수에게 수직 방향으로 힘을 주면서 운동에너지가 위치에너지로 바뀐다. 최고점에 도달했을 때, 선수의 속도는 0이 되고 모든 에너지는 위치에너지로 변환된다. 그리고 착지 순간, 다시 위치에너지가 운동에너지로 바뀌며 선수는 부드럽게 내려온다. 선수들이 더 높이 점프하기 위해서는 출발 속도를 높여야 하고, 더 빠른 회전을 위해서는 몸을 작게 모아야 한다.

 

 이제 피겨스케이팅 경기를 볼 때, 선수들의 동작 하나하나가 어떤 물리 법칙을 따르는지 떠올려 보자. 우아함 속 숨겨진 과학의 원리를 이해한다면, 경기가 훨씬 더 흥미롭게 다가올 것이다.

 

다시한번 2025 하얼빈 동계 아시안게임 대한민국의 피겨 금메달과 종합 2위를 축하하며 마무리한다 🏅