비거리·회전의 비밀
분당 2000~3000 회전 시속 200~300㎞ 등 1만분의 5초에 결정 나
1만분의 5초. 골프는 이 짧은 순간에 클럽과 공이 충돌하는 '임팩트(impact)'에 의해 결정된다. 이 임팩트가 어떻게 이뤄지느냐에 따라 골프공의 비거리와 탄도, 회전량이 좌우되는 것이다.클럽이 정지상태의 지름 4.3㎝, 무게 45g의 골프공을 때리는 순간 1t 정도의 충격이 가해지고, 분당 2000~ 3000회의 회전, 시속 200~300㎞의 스피드가 발생하는 것으로 알려져 있다.
이 임팩트의 순간과 직후 클럽과 공, 그리고 주위 공기에 어떤 일이 벌어지는지, 그 순간을 정지시켜 들여다볼 수 있다면 골프의 비밀도 풀리지 않을까. 이런 꿈을 현실로 만들어 주는 첨단 과학이 바로 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 골프 과학을 설명하는 '디지털 임팩트(digital impact)'의 세계이다.
- ▲ 클럽과 충돌한 공이 어떤 힘의 작용으로 비상하는지를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 볼 수 있다. 공이 클럽과 충돌하기 직전 공에 그려진 굵은 실선이 직선으로 남아 있다(①). 클럽 페이스와 충돌이 시작된 공에 마찰력이 발생하면서 굵은 실선이 구부러진다(②). 공은 찌그러지기 시작하고, 공 바깥쪽에 백스 핀이 걸리면서 공 내부도 일그러진다(③). 공의 탄성 저항이 발생하면서 굵은 실선은 반대 방향으로 휘기 시작한다(④). 클럽을 떠나면서 공의 일그러졌던 부분이 오히려 튀어나오고 굵은 실선이 다시 일직선 모양을 되찾는다(⑤)./SRI스포츠 제공
지난주 일본 고베시의 SRI 스포츠 주식회사. 던롭(Dunlop)과 스릭슨(Srixon) 등 일본의 유명 골프 및 테니스용품을 개발·생산하는 이곳에서 '디지털 임팩트' 전문가인 야마구치 데쓰오(57) 박사와 그 팀을 만났다.
야마구치 박사팀은 '디지털 임팩트' 기술을 활용해 히트 상품인 골프클럽 '젝시오' 시리즈를 만들어낸 주역이다.
이들이 만들어낸 컴퓨터 시뮬레이션 기술과 '디지털 임팩트'란 용어는 SRI 스포츠의 주요 브랜드 중 하나이다. 본지는 야마구치 박사팀과 함께 골프 과학의 궁금증을 풀어줄 '디지털 임팩트'의 세계를 연재할 예정이다.
야마구치 박사는 "1만분의 5초 동안 사람 눈에는 보이지 않는 공과 클럽, 그리고 주변을 감싸는 공기에서 벌어지는 현상들을 1억분의 1초로 잘라서 볼 수 있는 게 디지털 임팩트의 세계"라고 했다.
- ▲ 1만분의 5초 임팩트의 순간을 촬영한 모습. 드라이버와 충돌한 공은 심하게 일그러지면서 추진력과 함께 클럽 페이스의 각도에 따른 회전력을 얻게 된다(사진 위)., 컴퓨터 시뮬레이션의 세계인‘디지털 임팩트’에서 나온 각종 결과는 스윙 로봇과 실제 골퍼들이 직접 참여하는 실제 실험을 통해 검증되 고, 새로운 데이터를 얻는다. 사진은 실험실에서 스윙 로봇이 골프공을 치고 있는 장면(사진 아래)./SRI스포츠 제공
이를 위해서는 일기예보나 유전자 해석에 쓰이는 엄청난 연산 능력을 갖춘 수퍼 컴퓨터가 동원된다. 골프 클럽과 공에 사용되는 각종 금속, 고무 등 소재를 분자와 원자 레벨까지 미세하게 나누어 물리적 성격과 메커니즘을 파악해 놓은 엄청난 연구 데이터 또한 필요하다.
그들이 컴퓨터를 통해 펼쳐보이는 '디지털 임팩트'의 세계는 마치 우주의 생성과 기원을 설명하는 다큐멘터리처럼 입자와 빛, 색깔, 소리의 향연이 펼쳐져 있었다.
■생고무처럼 찌그러지는 골프공
그럼 임팩트의 순간 클럽과 공에는 어떤 물리적 현상이 일어나는 걸까. 클럽이 전달한 충격이 어떻게 골프공에 추진력과 회전력을 만들어내며 비상(飛翔)하게 만드는 것일까. 이를 야마구치 박사팀의 컴퓨터를 통해 들여다봤다.
클럽과 공이 충돌하는 순간, 클럽의 중량과 헤드 스피드는 정지해 있던 공에 엄청난 운동 에너지를 전달한다. 공에는 클럽 페이스 면에 평행한 힘과 클럽 페이스 면과 수직 방향의 힘이 동시에 작용하며 이 두 가지 힘이 합쳐지면서 공이 일정한 탄도로 솟구치게 된다는 것이 야마구치 박사의 설명이었다.
로프트와 스윙 방법에 따라 차이가 있지만, 임팩트 순간 공에는 일정한 방향의 추진력과 회전이 발생한다.
그림에서 보듯 ①공은 클럽 페이스에 접촉하는 순간 페이스 면을 따라 약간 미끄러지다가 ②페이스 면을 통해 힘이 전달되면서 공 표면이 조금 수축한다. ③클럽 페이스에 평행으로 작용하는 힘에 따라 공에 백스핀이 걸리고, 이때 공의 외부는 심하게 비틀리기 시작한다.
이어 ④클럽 페이스에 수직으로 작용하는 힘에 따라 공은 더욱 납작하게 찌그러진다. 공 내부에서는 이에 맞서려는 힘이 생긴다. 회전력을 줄이려는 힘이 작용하고, 찌그러진 부분에서는 원래 모양을 회복하려는 힘이 발생한다. ⑤회전하려는 힘과 반발하려는 힘의 세기에 따라 회전량이 결정되고, 납작하게 찌그러졌던 공은 오히려 볼록하게 튀어나오는 모양이 되면서 클럽 페이스를 떠나 비상하게 된다.