과학 올림픽의 또 다른 금메달, 전신수영복        


박계향/인터넷 과학통신원


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2000년 시드니 올림픽이 본격적인 메달레이스가 시작된 지금 세계신기록이 쏟아지고 있다. 특히 신기록이 가장 많이 나오고 있는 종목은 수영으로서 전신수영복 개발에 기인한 것이다. 여자 접영 100미터에서 첫 번째 세계 기록을 세운 네덜란드 수영선수 잉게 데 브루인은 오늘의 금메달은 "강한 훈련과 과학적인 전신수영복 덕분이다" 라고 우승소감을 말했다.


수영복의 변천

1900년대의 수영복은 얼굴과 팔을 제외하고 모두 덮는 모습이었다. 그러던 것이 50년대 나일론이 발명되면서 60년대에는 수영복에도 나일론이 도입되자 본격적인 기록탄생이 시작됐다.

뒤이어 지난 86년 아시아 경기 때는 실의 굵기를 가늘게 하는 방법으로 원단의 조도를 작게 함으로써 물과의 저항을 줄일 수 있었다. 90년대 들어서는 물보다 가볍고 물이 흡수되지 않아 부력을 증가시킨 소재로 만든 폴리프로플렌 수영복이 개발됐다.

마침내 지난 98년에는 전신수영복이 등장했다. 2000 시드니 올립픽에 참가한 수영 선수들은 이 전신수영복을 본격적으로 사용하기 시작했다. 70년대 후반부터 항공기의 속도를 증가시키고 연료를 절약할 목적으로 항력감소의 연구가 시작됐다. 전신수영복은 바로 이 연구의 원리를 수영복에 적용시켜 물과의 항력을 줄인 것이다.

이 같은 수영복의 변천은 항력을 줄이기 위한 항공공학과 인체에 대한 인간공학이 접목된 연구로 갈수록 기능성이 높은 옷이 개발된 결과이다.

최근 주목을 받은 수영복에는 세계적 스포츠용품 회사인 아디다스사의 테프론 코팅 수영복과 스피도사의 패스트스킨(fastskin)이 있다. 아디다스사의 수영복은 나일론과 라이크를 혼합한 원단에 매끄러운 테프론을 코팅하여 사람의 피부보다 표면조도(거칠기)를 줄여 매끄럽게 했다. 스피도사의 패스트스킨 수영복 역시 코팅으로 조도를 작게하고, 물의 흐름방향과 동일하게 미세한 삼각형(△)모양으로 여러개의 홈(전문용어로 리블렛(riblets) 이라 함)을 수영복의 표면 일부에 설치했다. 왜 이런 일이 필요할까.


수영복의 항력감소 원리

수영, 사이클, 빙상, 스키 등 속도 경기에서 기록을 저해 시키는 주요 요인 중의 하나는 같?공기의 저항이다. 따라서 이러한 저항의 힘, 즉 항력을 감소시킬 수 있는 장치가 마련된다면 운동기록 갱신에 크게 기여할 것이다. 속도 경기에서는 0.01초 차로 순위가 결정되기 때문에 이 작은 순간의 시간 단축하기 위한 노력이 계속돼 온 것이다.

그렇다면 도대체 항력이란 무엇이며 항력을 감소시키기 위한 방법은 어떤 것인가에 대해 알아보자. 유체(물, 공기 등)속에서 움직이는 물체에 작용하는 항력에는 압력항력과 표면마찰력항력이 있다. 압력항력은 물체의 형상에 따른 항력으로 물체가 유선형 형태를 갖게 되면 항력은 최소화할 수 있다. 그래서 운동경기에서 몸의 형태를 유선형 자세가 되도록 하는 훈련에 의해서 이 항력을 줄일 수 있다,

다음으로 표면마찰항력은 유체가 가지는 끈적끈적한 성질인 점성에 의한 항력으로 유체가 맞닿는 운동복의 표면에서 발생되는 항력이다. 이 표면마찰항력은 운동복의 표면상태에 따라 달라진다. 즉 표면의 조도, 직물의 짜임새, 표면의 형상 등에 따라 항력의 크기가 달라진다. 움직이는 물체에 작용하는 항력중 표면 마찰항력은 전체 항력의 약 60%정도 차지한다.
따라서 표면마찰항력을 줄일 수 만 있다면 기록을 갱신 할 수 있다는 결론을 내릴 수 있다.


스피도사의 패스트스킨 수영복
현재까지 나온 운동 경기복의 표면마찰항력 감소기술은 표면조도의 감소와 리블렛설치이다.

물체표면의 조도를 작게 하면 물체주위의 유동속도가 증가하여 표면마찰항력이 감소된다. 이 같은 원리를 이용하여 수영복 원단의 조도(거칠기)를 사람의 피부보다 작게 하고, 물이 흡수되지 않아 부력(사람이 물위로 뜨는 힘)을 증가시켜 항력을 감소시킨 것이 전신수영복이다.

리블렛의 원리는 흐름방향과 동일하게 1mm 내외의 미세한 홈을 촘촘하게 표면에 설치하면 물체 주위의 흐름이 원활하게 증가되어 표면마찰항력은 감소된다. 스피도사는 수영복의 배 부위에 삼각형 리블렛을 설치하였고 이외 다른 부위에는 표면을 매끄럽게 하여 조도를 감소시킨 페스트스킨 수영복을 만들었다.

리블렛의 대표적인 형상인 원형(○), 사각형(□), 삼각형(△)중에서 가장효과 적인 것은 삼각형이다. 연구에 의하면 공기 속을 초속 10미터의 속도로 달리는 물체에 리불렛을 설치할 경우 매끈한 물체에 비하여 원형은 2%, 사각형은 3%, 삼각형은 5%정도 의 항력감소를 얻을 수 있다고 한다.

하지만 물체의 진행방향과 리블렛 홈의 방향이 45도 이상 벗어나면 항력이 감소되지 않는다. 그래서 패스트스킨 수영복은 수영선수가 유영할 때 방향 변화량이 적은 배 근처에 여러개의 삼각형 리블렛을 설치한 것이다. 이처럼 수영선수가 유영할 때 움직이는 신체의 부위, 방향, 크기 등이 완벽하게 해석해서 리블렛을 설치한다면 공기보다 813배 무거운 물에서는 확실한 효과를 볼 수 있다. 또 사이클, 빙상, 스키 등의 운동복과 물과 접촉되는 요트의 밑면에 리블렛을 설치하는 등으로 발전할 수 있을 것이다.

앞으로 국제스포츠 중재재판소가 전신수영복을 규제하지 않는 한 앞으로 관중들은 수영선수의 얼굴과 무릎 팔꿈치 등 신체의 일부분만 볼 수 있을 것이다. 이렇게 되면 관중들은 삼각팬티 수영복을 입고 역영하는 남자선수의 모습은 오히려 낯설게 되는 시대가 올 것이다.

'스포츠는 과학이다' 라는 말이 보편화된 지금 의복공학의 발달과 함께 기록갱신을 향한 인간의 도전은 계속 될 것이다.


2000년 9월 20일



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