[알라딘서재]학생탐구발표대회수상작 : 야구속의 과학

학생탐구발표대회수상작 : 야구속의 과학ｌ마이리스트

fvdjk () l 2015-08-25 07:25

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학생탐구발표대회수상작 : 야구속의 과학

야구속의 과학

과학 탐구 보고서

▶ 차 례 ◀

1. Introduction

2. 야구공의 과학

3. 야구방망이의 과학

4. 과학적인 타격법

5. 홈런의 과학

6. Conclusion

1. Introduction

스포츠는 인간 활동의 창조예술로서 매우 다변화된 요인이 작용하는 복합적 인간행동의 결과이다.
실제로 스포츠는 과학 그 자체라는 표현이 적절할 만큼 인간과학의 결정체이며 따라서 모든 스포츠 활동의 이론적 바탕을 비롯한 체계적인 접근과정에서 스포츠과학이 요구된다.
우리가 매일 보는 스포츠에는 많은 과학적 내용이 들어 있다.
항상 보면서도 "왜 저렇게 되는 것일까 " 하는 의문을 많이 가져봤을 것이다.
지금부터 내가 언급하려고 하는 야구만 해도 그렇다.
야구에는 직구, 커브, 포크, 스크루, 체인지 업 등등 많은 종류의 공을 던지는 방법이 있다.
과연 이러한 방법은 어떻게 생기는 걸까 "어떻게 해서 야구공으로 많은 구질의 공의 던질 수 있을까 " "왜 야구공과 축구공이 다르게 날아갈까 " 하는 생각을 많이 했다.
뿐만 아니라 "타자는 어떻게 쳐야지 홈런을 때릴 수 있을까 " "회전을 하면서 들어오는 야구공은 어떻게 쳐야 멀리 쳐낼 수 있을까 " 이렇게 야구를 보면서 궁금했던 내용들을 조사하려고 한다.
야구의 주된 운동은 던지고, 치고, 달리는 3개의 동작으로 이루어지고 있으며, 일반인들은 이러한 단순한 동작들로 인해 승패가 좌우된다고 생각하고 있다.
그러나 엄밀히 분석해 보면 야구는 그 어떤 스포츠 보다 과학적이고 매우 미세한 차이로 인해 그 결과가 달라지는 세밀한 경기이다.
야구는 선수들의 매우 세밀한 동작뿐만 아니라 시합시의 기후나 야구장의 위치에 의해서도 그 결과는 상당히 달라진다.
투수가 빠른 직구 볼을 던질 수 있는 방법이나 커브볼을 만들어 낼 수 있는 능력, 그리고 타자가 배트로 공을 쳐서 어떻게 홈런을 만들어낼 수 있는가를 살펴보면 매우 과학적인 것임을 알 수 있다.
이제 야구 속의 과학적인 내용들을 알아보자.

2. 야구공의 과학

야구공은 코르크나 고무로 만든 작은 심에 실을 감고, 흰색

말가죽이나 쇠가죽 두 쪽을 붉은 실로 1백8번 꿰매 제작한다.

바로 이때 만들어지는 솔기(실밥)는 공의 지름(7.23cm)과 무

게(1백41.
7-1백48.8g)와 어울려 투수가 다양한 공을 구사하는

데 중요한 노릇을 한다.
근대 야구는 바로 이 솔기와 함께 시

작되었다고 할 수 있다.
솔기가 없었다면 베리 본즈는 지금처

럼 가공할 만한 홈런을 칠 수 없을 것이고, 박찬호는 150Km가

넘는 강속구를 구사할 수 없을 것이다.
커브볼도 오늘날처럼

많이 휘지 않을 것이다.
공에 아무리 큰 힘을 실어 보내도 일정 거리밖에 나가지 못하는 것은 공기의 저항 때문이다.
공기저항에는 두 가지가 있다.
그 첫 번째가 공기와 공의 마찰로 생기는 마찰 저항이다.
두 번째는 공의 앞뒤 표면에 작용하는 압력의 차이 때문에 생기는 형상저항이다.
이것은 물체의 모양에 의해 결정되는데 공의 경우 형상저항이 전체저항의 대부분을 차지한다.
다시 말해 공의 모양에 따라 저항을 받는 정도가 결정되고 결국 똑 같은 힘을 실어 보낸 경우에도 모양에 따라 날아가는 거리도 차이가 난다.

그러면 왜 울퉁불퉁한 표면의 공에 저항이 작은 것일까 형상저항을 줄이기 위해서는 공기가 공의 표면을 부드럽게 따라 흘러야 한다.
그러나 속도가 커지게 되면 공기가 공의 표면을 부드럽게 흐르지 못하고 공의 중간쯤에서 공의 표면에서 떨어진다.
이때 공의 중간 이후부터 공기의 속도가 급격히 떨어짐과 동시에 공기 흐름의 방향이 바뀐다.
그 결과 공의 앞면에서는 높은 압력이 생기고 뒷면에서는 낮은 압력이 생겨 큰 형상저항이 생기게 된다.
즉 빽빽이 들어찬 군중들 사이를 헤치며 지나가야 할 일이 생겼다고 가정해보자. 앞쪽은 사람으로 가득 차 있지만, 막 지나온 뒤쪽에는 약간의 틈이 생긴다.
뒤쪽의 그 틈은 금방 사람들로 메워지는 것이 아니다.
이런 상태에서는 앞으로 계속 나가려고 애를 써도 나가는 것보다는 뒤쪽의 빈 공간으로 밀려나는 일이 더 쉬울 것이다.
그렇다면 표면이 거친 공은 속도가 더 느린 것은 아닐까 표면이 거친 공이 공기 중을 날아갈 때, 공기분자들은 거친 공 표면에 부딪쳐 흩어지게 된다.
이때 공 표면에 작은 난기류가 생겨나는데, 이들 난기류는 공기가 뒤쪽으로 가지 않고 공의 표면에 더 오래 붙어있게 하는 역할을 한다.
따라서 공 뒤쪽에 생기는 소용돌이의 크기도 줄어드는 효과를 낳는다.
이는 곧 공의 앞, 뒤쪽 압력 차가 적어짐을 뜻한다.
그만큼 형상저항이 줄어들어 공은 더 높이, 더 빨리 날아가는 것이다.
그렇다면 이런 원리를 모든 물체에 적용할 수 있는 것일까 그렇지는 않다.
물체의 크기와 속도에 따라 표면을 거칠게 만드는 것이 속도를 늘릴 수도 있고 줄일 수도 있다.
유체의 흐름의 관한 많은 연구 업적을 내 유체역학의 아버지로 불리는 과학자가 있는데 그가 바로 레이놀즈이다.
물체의 표면에 돌기를 주어 형상저항을 줄이는데 중요한 변수로 작용하는 것이 레이놀즈수이며 이 수가 4만에서 40만 정도인 물체에서만 돌기가 형상저항을 줄여주며 이 범위보다 작거나 큰 수의 물체에서는 저항이 오히려 커진다.
투수가 대략 30만 정도이며 따라서 솔기가 있어 울퉁불퉁한 야구공은 매끄러운 것보다 멀리 날아가는 것이다.

투수들이 커브볼을 던질 수 있는 것도 야구공의 각 부위별 압력의 차에 의해 가능한 것이다.
투수가 커브볼을 던지기 위해서는 공을 반시계 방향으로 회전을 주어 던졌다고 가정하자. 던져진 공을 우리가 위에서 보고 있다고 생각하면 공은 오른쪽에서 왼쪽으로 휘어져 나간다.
반시계 방향으로 회전을 주어 던진 공이 오른쪽에서 왼쪽으로 휘어져 나가는 원리는 무엇일까 이것에 대한 해답은 야구공과 공기의 상호작용에 의한 압력의 차이에 의한 것이다.
위에서 가정한 상황을 생각해보자. 공은 반시계 방향으로 회전하면서 공기 중을 비행하게 된다.
공의 오른쪽에서 흐르는 공기의 진행 방향은 공의 회전 방향과 반대가 되기 때문에 마찰이 생기게 되고 이로 인하여 압력이 증가된다.
반대로 야구공의 왼쪽에서 흐르는 공기의 진행 방향은 야구공의 회전방향과 같기 때문에 공기의 흐름이 매우 빠르게 되어 이 부위의 압력이 감소하게 된다.
이런 압력의 차이가 발생하게 되면 공기는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 물체를 밀어내는 현상이 발생하게 된다.
이런 압력의 차이가 발생하게 되면 공기는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 물체를 밀어내는 현상이 발생하게 된다.
이러한 원리를 매그너스 효과(독일의 공학자 매그너스의 이름을 명명한 것이다)라고 하며, 이 매그너스 효과에 의해 투수가 커브볼을 던질 수 있는 것이다.
따라서 커브볼을 던지기 위해서는 야구공의 오른쪽 압력을 높이거나 왼쪽의 압력을 낮추는 것이 관건이 된다.
그래서 야구선수들이 야구공에 흠집을 내서는 안 된다는 규정이 있는 것이다.
그러나 반대로 이물질을 야구공에 바르는 것도 규정에 어긋난다.
야구에서 어떠한 경우에도…

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