야구공의 원리 레포트
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야구공은 축구공이나 농구공과 달리 이음매를 밖으로 낸 솔기(실밥수) 108개 때문에 우툴두툴합니다. 그런데 이 투박한 모양에는 과학적인 원리가 숨어 있습니다.
만일 야구공을 매끈하게 만들었다면, 공기 저항을 많이 받게 됩니다. 홈런 타자가 펜스를 멋지게 넘겼어야 할 타구가 공기 저항을 받아 외야 플라이로 처리될 수 있죠. 홈런이 많이 나와야 관중으로서는 야구의 통쾌한 재미를 느낄 수 있습니다. 특히 투수에게 야구공의 솔기는 더욱 소중합니다. 일단 매끈한 야구공보다는 솔기 있는 야구공을 던질 때 강속구가 더 잘 나옵니다. 변화구를 만들 때도 솔기는 중요합니다. ‘마그누스 효과’ 덕분에 한쪽 방향으로 회전력을 주면 공기저항을 받아 압력이 높아지고, 반대쪽은 상대적으로 압력이 낮아집니다. 그러면 공 주변의 압력 차 때문에 공이 압력이 낮은 방향으로 휘는 것입니다.
투수가 던진 야구공이 18.44m를 지나 겨우 0.4초 만에 타자에게 도달하면서 여러 극적인 변화가 일어나는데, 이때 솔기는 매우 중요한 역할을 하는 셈입니다. 겨우 145g밖에 안되는 야구공보다도 더 가벼운 솔기가 경기를 흥미진진하게 합니다. 관중들은 투수와 타자의 대결에서 더 많은 흥미를 느끼며 열렬히 응원하게 됩니다. 야구공의 솔기가 관중 동원에도 기여하는 셈입니다.
변화구 형성의 원리
예측할 수 없는 사람의 행동과 달리 공은 물리학적 원리를 따르기에 이에 대한 컨트롤과 예측이 가능하다. 변화구를 컨트롤 하는 물리적인 법칙을 ‘베르누이의 정리’라고 하는데, 이는 ‘유체(액체나 기체)의 속력이 증가하면 압력은 감소한다’는 것.
싱크볼을 통해 이 원리를 알아보면, 투수가 공을 던질 때 공의 윗부분이 공이 가는 방향과 같은 방향으로 회전하도록 변화구를 던졌다고 하자.
공의 윗부분은 공기가 지나가는 방향과 공의 회전 방향이 반대가 되기 때문에 그 속력이 늦어지는 반면에, 공의 밑 부분은 공기가 지나가는 방향과 공의 회전방향이 일치하므로 위쪽에 비해 공기가 지나가는 속력이 빨라진다. 따라서 공의 밑부분의 압력은 감소하며(‘베르누이 정리’에 따르면), 유체는 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 속성이 있으므로 공은 아래로 떨어지게 된다.
특히 ‘베르누이 정리’의 약효는 공이 홈 근방에 도달했을 때 그 위력을 십분 발휘한다. 투수의 손을 떠나는 순간에는 공의 직진 속도가 회전 속도에 비해 매우 빠르기 때문에 공은 직진하지만, 직선 속도가 작아지는 홈 근방에 가면 속도가 떨어지고 상대적으로 회전 속도가 강해지므로 타자에게는 마치 공이 눈앞에서 살아 움직이는 것처럼 보이는 것.
투수들이 공을 회전 시키는 방법
야구공은 여러 개의 가죽이 실로 단단히 꾀 매어 만들어지는데, 투수들은 이 실밥을 손톱으로 꽉 잡아 공을 던지면서 회전을 유도한다. 뿐만 아니라 실밥은 공 주위의 공기를 회전방향으로 같이 돌게 해 회전력을 높이는 긴요한 역할도 한다. 언뜻 아무것도 아닌 것처럼 보이는 실밥이지만 변화구를 만드는 핵심인 셈이다.
이외에도 축구공, 테니스공, 동그란 무늬를 치밀하게 패인 골프공 등등. ‘베르누이 정리’를 활용한 사례는 주위에서도 흔히 볼 수 있다. 그러고 보면 경쟁은 비단 경기장에서만 펼쳐지는 것이 아닌 듯 하다. 공 하나에도 치열한 승부를 위해 과학은 진화에 진화를 거듭하고 있으니 말이다. (김제완/ 과학문화진흥회 회장)
베르누이의 원리란?
1700년대에 살았던 스위스의 수학자이자 과학자인 베르누이는 유체(공기나 물처럼 흐를 수 있는 기체나 액체)는 빠르게 흐르면 압력이 감소하고, 느리게 흐르면 압력이 증가한다는 법칙을 알아냈어. 그래서 유체가 좁은 곳을 통과할 때에는 속력이 빨라지기 때문에 압력이 감소하고, 넓은 곳을 통과할 때에는 속력이 느려지기 때문에 압력이 증가하지. 그의 이름을 따서 이 원리를 베르누이의 정리라고 해.
[네이버 지식백과] [생활 속 과학 원리] 베르누이의 정리 (과학왕의 초간단 실험노트2, 2009. 3. 24., 가나출판사)
마그누스 효과 원리란?
시계 방향으로 회전하는 공이 오른쪽으로 날아가는 경우를 생각해보자. 이때 운동하는 공과 공기의 충돌에 의해 공의 이동 방향의 반대 방향, 즉 오른쪽으로 주변 공기의 흐름이 생기게 된다. 또한 공이 회전하기 때문에 공의 표면에 아주 가까이 있는 공기는 공과 같은 시계 반대 방향으로 움직이게 된다. 그렇게 되면 공의 위쪽에서는 공에 가까운 공기와 주변의 기류가 서로 반대 방향으로 이동한다. 따라서 위쪽의 공기는 상대적으로 느린 속도를 갖게 된다. 반대로 공의 아래쪽에서는 공에 가까운 공기와 주변의 기류가 서로 같은 방향으로 이동하기 때문에 상대적으로 빠른 속도를 갖게 된다. 베르누이의 법칙에 의하면 유체(액체 또는 기체)에서 물체의 속도가 증가하면 그 물체가 유체로부터 받는 압력은 감소하고, 반대로 물체의 속도가 감소하면 그 압력은 증가한다. 따라서 상대적으로 빠른 속도를 갖게 된 공의 아래쪽의 압력은 감소하고, 상대적으로 느린 속도를 갖게 된 공의 위쪽의 압력은 증가한다. 공의 위, 아래에 발생한 이 압력차이가 양력을 발생시켜 공을 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동시키고 이런 힘을 마그누스 힘이라고 한다. 이 힘에 의해 공이 회전 방향(이 경우에서는 아래쪽)으로 휘게 된다. 마그누스 효과는 물체의 회전 방향에 따라 어느 방향으로도 작용할 수 있다.
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