좋은 골프 스윙이란?  어렵게 생각하면 어렵고 쉽게 생각하면 굉장히 쉬운 것이 좋은 골프 스윙입니다.

혹자는 PGA/LPGA 투어 프로의 스윙을 따라하면서 그와 비슷하게 모양이 만들어지면 최고라고 할 것이고, 혹자는 그냥 공만 잘 날아가게 하면 된다고 할 것입니다.

어느 쪽이든 좋은 골프 스윙이 되기 위해서는 다음의 3가지 요소를 갖추게 하는 것이 가장 중요합니다.


1.  스피드
2.  정확성
3.  일관성


글로 쓰고 보니 무지하게 쉽습니다.  유명 프로의 스윙을 따라하는 것이나, 우리가 레슨 프로한테 듣는 잡다한 원포인트 레슨의 구절들이 결국에는 위의 3가지 목표를 달성하기 위해서 하는 것입니다.

이 중에서도 항상 일관된 스윙을 하기 위해서는, 무엇보다 머리가 복잡해서는 안됩니다.  특히나 연습을 정확한 레슨하에 항상 할 수 없는 아마추어 골퍼라면 무조건 스윙을 단순하게 가져갈 필요가 있습니다.  스윙 동작을 할 때 발생되는 모든 오류는 결국 스윙을 할 때마다 달라지는데에서 그 원인을 찾을 수 있고, 이를 최소화하는 것이 결국 좋은 스윙으로 이어지게 됩니다.  그러므로, 이를 위해서는 최대한 간결하고 단순한 스윙원칙을 견지할 필요가 있습니다.

그렇다면, 간단하고 단순한 스윙 동작이라는 것은 무엇일까요?  순수한 역학적인 관점에서 바라본다면 직선운동이 가장 단순한 움직임일 것입니다.  그렇지만, 인간의 몸을 움직여서 스윙을 하는 것이기에 이를 역학적으로 해석을 하면 뼈들이 구성하는 레버(lever)와 관절에서의 피봇(pivot)의 움직임이 스윙을 구성하기 때문에 직선운동은 만들어 질 수가 없습니다.  그러므로, 클럽헤드가 직선운동을 해서 공을 때린다는 가정은 그렇게 생각처럼 간단한 것이 아닙니다.  그럼 다른 운동양상을 생각해보기로 하지요.  여러가지가 동시에 움직이면 복잡해지므로, 앞에서 볼 때 스윙이 하나의 원이 된다고 생각하고 레버의 길이를 고정하면서 피봇이 움직이지 않는다고 가정하면 단순한 원형운동이 직선운동 다음으로 간단한 운동양상이 됩니다. 

다음은 과연 어떻게 하면 이렇게 단순한 원형운동을 만들 수 있는가?에 대한 답을 찾아야 합니다.  여기에는 크게 2개의 답이 있을 수 있는데,


1. 손목을 중심점으로 해서 클럽이 원형운동을 하게 만든다.
2. 팔과 클럽을 하나의 커다란 레버로 보고, 어깨를 중심으로 원형운동을 하게 만든다.


둘다 정확한 답은 아닙니다.  1번의 경우 팔에 있는 근육들을 이용해서 클럽을 손으로 잡고 손목을 중심으로 회전운동을 한다는 것인데, 이 경우 스윙아크도 작고 우리 몸이 가지고 있는 가능한 파워를 전혀 활용하지 못하게 되므로 절대 공을 멀리 보낼 수 없습니다.  2번의 경우도 정답은 아닌데, 팔과 클럽을 하나처럼 움직이게 한다면 몸에서 낼 수 있는 파워를 대부분 전달을 할 수는 있겠지만, 이런 방식으로 공을 맞추기 위해서는 상체전부가 완전히 꼬였다가 풀리는 방식이 되지 않으면 안되는데다가, 손목 관절이 기본적으로 움직인다는 것을 가정하면 이를 움직이지 않도록 하는데에 사용되는 에너지나 집중력도 무시할 수가 없습니다. 

그렇기 때문에, 사람의 몸이 만들 수 있는 가장 간단한 골프스윙 운동을 흔히 이중진자(double pendulum) 운동이라고 합니다.  이 운동의 관점에서 손목은 클럽과 팔의 사이에서 자유롭게 움직이는 경첩(hinge)으로 생각을 하고, 팔과 클럽이 2개의 레버가 됩니다.





이 모델에서 경첩(hinge)은 손목과 클럽을 쥐고 있는 손으로 구성된다 할 수 있습니다.  경첩은 원형운동에 따라 자유롭게 움직이는데 일반적으로 백스윙을 할 때 코킹을 90도까지만 하는 것으로 생각하고. 그 이상의 코킹이 이루어지지 않는다는 가정하에 중간에 90도까지만 접히도록 "stop"을 끼웠다고 생각합니다 (실제로는 우리 몸의 손목인대와 해부학적 구조물에 의해서 제한됩니다. 사람에 따라 더 코킹을 크게 할 수도 있지만).  그렇다면, 이 시스템은 어떻게 움직일까요?

백스윙부터 생각을 해보자. 백스윙의 탑에서 하단레버(클럽)는 경첩(손목)에서 90도 꺽인 상태(코킹이 90도 되었다는 의미) 시작하여, 어깨를 중심으로 원형운동이 시작됩니다.  처음 백스윙을 가속하는 동안에는 하단레버가 뒷쪽으로 더 움직이려는 힘을 받지만 중간에 "stop"이 있기 때문에 더 이상 코킹이 심화되지는 않습니다.  스윙이 진행되면서 원심력에 의해 하단레버가 점점 펴지면서 상단레버(팔)와 평행에 가까워지게 됩니다.  이렇게 되면 상단레버의 관성이 하단레버로 효과적으로 전달되면서 임팩트를 하고, 임팩트 이후에는 상단레버(팔)의 스윙속도가 줄어들기 때문에 하단레버는 자연스럽게 팔로우스루의 각도로 넘어가게 됩니다.

이러한 이중진자 운동은 물리학적으로 생산된 운동에너지를 인체의 몸을 통해 가장 단순하면서도 효과적으로 전달하는 형태로 알려지고 있으며, 이론적으로는 전체 스윙과정에서 생산된 운동에너지의 약 80%가 전달될 수 있다고 합니다.  단순히 어깨를 중심으로 회전하는 단일 회전운동과 비교하면 2배에 해당하는 에너지 효율성을 가진다고 하니, 자연스러운 손목의 중요성이 대단히 크다고 하겠습니다.


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미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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골프라는 스포츠는 정말 과학적인 요소가 많이 관여하는 스포츠 입니다.  그 중에서도 클럽과 골프공이 이러한 과학의 정수를 보여주고 있는 분야입니다.  골프공이 날아가는 동역학은 물리학의 정수라고 말할 수 있을 정도로 정교합니다.

골프를 스코틀랜드에서 처음 시작했을 때, 대부분의 플레이어들은 이렇게 복잡한 과학적인 요인에 대해서 무시를 했습니다.  처음 만들어진 클럽과 공은 모두 목재로 만들어 졌지요 ...  1618년이 되어서 깃털을 이용한 골프공이 등장했는데, 거위의 털을 모아서 젖었을 때 압력을 가하여 수제로 공으로 만들었습니다.  이렇게 어렵게 만들다보니 당시에는 골프 클럽보다 공이 더 비쌌다고 합니다.  그래서
, 깃털공(feathery ball)은 귀족들과 같이 일부 특권층들의 전유물이 되었습니다.


클럽보다 가격이 비쌌던 깃털 공


이 공의 겉은 가죽이고 내부는 거위나 닭의 깃털로 압력을 가해서 만들어 집니다.  바느질한 사이로 작은 구멍들이 있어서, 내부에 눌려진 젖은 깃털들이 조금씩 마를 수가 있는데, 깃털들이 마르면서 동일한 중량이지만 좀더 부피가 늘어나지만 반대로 가죽은 마르면서 수축하기 때문에 공이 굉장히 팽팽해 집니다.  마지막으로 바깥을 몇 겹의 페인트로 칠해서 코팅을 하고 나면 완성이 됩니다. 

가장 잘 만드는 사람이 하루에 3~4개 정도 만들 수 있었더니 무척이나 고된 작업이었던 것 같습니다.  거기에 내구성도 그다지 좋지 못했다고 하네요.  한 라운드에 공 몇개 잃어버리고 나면 꽤 큰 금전적 손실이 있었기 때문에, 골프를 귀족들의 스포츠로 만드는데 큰 공헌을 한 것이 바로 이 공입니다.  얼마전에 경매에서 오리지널 깃털공이 $14,300 달러에 낙찰이 되었다고 할 정도로, 골프를 좋아하는 사람들에게는 필수적인 수집 아이템이라고 합니다.

다음으로 나온 공이 거터볼(Gutta ball)이라는 것으로 1848년 로버트 아담스 패터슨(Robert Adams Paterson)이라는 사람이 처음 만든 것으로 알려지고 있습니다.  이름이 의미하는 것과 같이 거터-퍼차(gutta-percha)라는 것을 압축해서 만든 공인데요, 이 물질은 말레이지아에서 많이 발견되는 고무나무와 유사한 거터나무의 수액을 굳혀서 만든 것입니다.  가격이 싸면서도 비교적 튼튼하고, 물에 젖지 않았기 때문에 새로운 주류로 자리잡게 됩니다.  그런데, 거리는 생각보다 멀리 나가지 않았는데, 그 이유로 거터볼의 표면이 너무 매끈하다는 것이 지적이 되면서 향후 나오게 될 골프공의 딤플과 관련된 중요성이 부각이 됩니다. 

그 다음부터는 거터볼을 제작하면서, 끝이 날카로운 해머를 써서 의도적으로 표면에 상처를 만들기 시작합니다.  그러자, 비거리도 향상되었고, 플레이도 더욱 쉬워졌습니다.  제작방식도 조금씩 변했는데, 처음에는 해머로 굴리면서 만들다 보니 표면의 패턴이 일정하지 못했는데, 딤플의 중요성이 부각되면서 점차 철로 만든 주물에 일정한 패턴을 넣어서 만드는 방식으로 변하기 시작하였습니다.  


이베이에서 작년 11월에 경매에 나와 96달러에 낙찰된, 거터볼. 
초기 모델과 달리 약간의 패턴이 있는 것이 보이죠?



참고자료:
http://www.thedesignshop.com/history.htm
http://www.golfballmuseum.co.uk/
http://everything2.com/e2node/Feathery%2520golf%2520ball

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골프는 과학적인 운동입니다.  골프를 치는 사람에 대해서는 운동을 하는 방식이나 부상과 같은 의학적인 부분도 있고, 스윙의 미캐닉과 같은 물리학적인 부분도 있습니다.  그 뿐인가요?  장비도 무척이나 과학적인 방법을 만들어지고 이용됩니다.  그렇기에, 골프만큼이나 과학 특히 물리학 이론의 지식이 유용한 스포츠도 그리 많지 않을 듯 합니다. 

골프 장비의 꽃은 무엇일까요?  아마도 많은 분들이 드라이버를 꼽으실 것 같습니다. 
그래서, 오늘은 골프 드라이버에 적용되는 몇 가지 기본적인 물리학 이론에 대해서 다루어볼까 합니다.



드라이버 클럽헤드의 물리학


클럽헤드의 무게는 당연하게도 거리를 나가게 하는데 중요한 요소입니다.  물리학적으로 클럽헤드의 무게는 무겁고, 클럽헤드의 스피드가 빠를수록 공은 멀리 나갈 수 밖에 없지요 ...   그런데, 불행하게도 클럽헤드의 무게가 무거우면 당연하게도 임팩트시 헤드 스피드는 떨어질 수 밖에 없기 때문에 자신에게 적절한 무게의 클럽헤드를 고르는 것은 매우 중요하다고 할 수 있습니다.

그렇기 때문에, 각 골퍼마다 자신에게 가장 최적화된 클럽헤드의 무게가 있기 마련인데, 보통의 경우는 200그램 전후가 된다고 합니다.  클럽이 공을 때릴 때 공의 속도는 다음의 공식으로 계산을 할 수 있습니다


V = U * (1 + e)/(1 + m/M)


여기에서 U는 클럽헤드의 속도, m은 공의 무게, M는 클럽헤드의 무게입니다.  e는 복구계수(coefficient of restitution)라고 하는데, 클럽에서 공으로 전달되는 운동에너지의 효율을 의미하는 것으로 0부터 1의 값을 가질 수 있습니다.  복구계수가 0이라면 공이 밀가루 반죽같아서 클럽으로 공을 칠 때 클럽에 공이 달라붙는 것과 같은 경우를 의미하며, 복구계수가 1이면 클럽헤드의 모든 운동에너지가 공으로 전달되는 완벽한 경우를 의미하며 실질적으로 있을 수 없는 값입니다.

지난 10~15년 정도의 골프과학의 발달로 클럽과 공을 제조하는 회사들의 첨단 기술로 인해 복구계수는 매우 증가하였습니다.  가장 커다란 기술의 진보는 얇은 메탈로 페이스를 만들고, 내부는 빈 클럽헤드를 만들어서 공을 때린 뒤에 약간 뒤로 페이스 면이 순간적으로 들어가도록 한 것입니다.  클럽을 만드는 기술과 관련하여 페이스가 더 탄력적으로 작동하도록 만드는 핵심 기술 중의 하나가 클럽페이스의 두께를 일정하게 하지 않고, 스윗스팟에서 멀어질수록 얇게 만드는 것입니다.  사실 이런 식으로 최대한의 물리학적인 첨단 기술을 동원한다면 복구계수는 계속적으로 증가를 할 수 있게 되는데, 너무나 빠른 기술의 진보를 막기 위해서 미국골프협회(USGA)에서는 공식적인 복구계수의 값의 상한선을 0.83으로 정하였습니다.  그런데, 복구계수의 값은 클럽헤드의 스피드가 증가할수록 감소하는 경향이 있습니다.  그러므로, 예를 들어 타이거 우즈의 헤드스피드가 일반 골퍼의 1.5배라 하더라도 공의 속도는 1.5배에 미치지 못하는 것이지요 ...

그럼 실제 예를 들어서 계산을 간단히 해 봅시다.  클럽헤드의 속도가 110마일(48.9 m/s)라고 가정하고, 클럽과 공에 따라 복구계수는 다르지만 일단 상한인 0.83으로 가정합니다.  그리고, 클럽헤드의 무게가 200그램, 공은 46그램 정도가 되므로, 앞선 공식을 이용하여 계산을 하면 (잘 맞았을 경우),

 
V = 110 * (1 + 0.83) / (1 + 46/200) = 110 * 1.49 = 164 mph


즉, 공의 스피드가 클럽헤드 스피드의 약 1.49배 정도가 됩니다.  여기에서 클럽의 운동에너지를 계산해보면,


KE = 0.5 * mv^2 = 0.5 * 0.2 * 48.9^2 = 239 Joules


정도가 됩니다.  최적화된 클럽스피드와 중량에 대한 연구는 AJ CochranJohn Stobbs가 저술한 “Search for the Perfect Swing”이라는 책자에서 많은 테스트를 통해서 소개가 된 바가 있는데, 일반인의 경우 공의 스피드는 클럽헤드의 중량이 210그램 일 때 최대가 된다고 합니다.  플레이어마다 스윙이 다르고 근력이 다르기 때문에 최적의 클럽헤드 무게는 다르겠지만, 전반적으로 200그램 전후가 되며, 실제로 최근에 만들어지는 대부분의 드라이버 헤드의 중량도 이 정도 입니다. 



로프트각과 클럽 페이스의 물리학


환경적인 조건을 제외하면 골프공의 비거리를 결정하는 3대 결정인자는 최초 백스핀, 클럽헤드의 스피드, 최초 발사각 입니다.   

기본적으로 클럽헤드 스피드와 관련해서는 클럽 자체가 해줄 수 있는 것이 거의 없습니다 (최적화된 헤드의 무게를 가진다고 가정할 경우).  그렇지만, 발사각과 백스핀에 관련해서는 클럽 자체가 여러 가지 영향을 미칩니다.  만약에 공기가 없다고 하면, 공의 백스핀은 비거리에 영향을 미치지 않게 되며, 이상적인 발사각은 45도가 될 것입니다.  그렇지만, 실제로는 공기가 있기 때문에 클럽으로 공을 때린 이후에 생기는 백스핀으로 인해 공이 떠오르는 효과를 가지게 됩니다. 

공에 가해진 스핀이 많으면 많을수록 더욱 높게 뜨게 되며, 공중에 있게 되는 시간이 길고, 최대 높이도 커져서 전체적으로 더 멀리갈 수 있게 됩니다.  그런데, 이러한 가정은 공기의 환경(기압, 온도, 습도 등)에 따라 약간의 변화가 있을 수 있습니다.

최초 발사각과 백스핀은 클럽의 로프트(loft)와 클럽의 무게중심(center of mass), 그리고 클럽이 공을 때릴 때의 진행방향(다운블로에서 맞거나, 클럽 밑면과 평행이 될 때 맞거나, 지나서 올라가는 과정에 맞거나)에 의해서 영향을 받게 됩니다.  클럽의 로프트 각은 클럽헤드 스피드에 따라서 가장 비거리를 많이 낼 수 있는 각도가 달라집니다.  일반적으로 헤드스피드가 빨라질수록 최적화된 로프트각은 작아지게 되는데, 일반적인 골퍼의 경우 10~12도 정도가 적당하다고 알려져 있습니다.   

드라이버의 무게중심은 낮고, 클럽헤드의 페이스보다 뒤에 있을수록 좋습니다.  이렇게 되면 로프트각을 크게하지 않아도 전반적으로 높은 발사각을 만들어낼 수 있습니다.  이런 이유로 최근에 만들어진 저중심 설계 드라이버들이 비교적 공을 쉽게 띄우는 것입니다.  무게중심을 클럽페이스 뒤쪽으로 설계하는 것은(최근의 드라이버 헤드를 보면 납작하면서도 뒤로 길게 디자인), 높은 발사각을 만드는 것과 함께, 공이 정확히 센터에 맞지 않았을 경우에 클럽이 좌우로 덜 꼬이도록하는 예방효과도 있습니다.

비거리를 최대한 내기 위해서는, 공이 클럽페이스의 “스윗스팟(sweet spot)”에 맞아야 합니다.  정확한 스윗스팟의 위치는 클럽의 무게중심에 따라 달라지는데, 공이 스윗스팟에서 먼 곳에 맞게 되면 클럽이 꼬일 가능성도 많아지고, 원하지 않는 사이드스핀도 발생하며, 최적화된 운동에너지의 전달도 이루어지지 않습니다.  실제 클럽헤드의 스윗스팟의 중심은 클럽페이스의 중앙부위가 아니라,  최근에 나오는 드라이버의 경우는 대부분 스윗스팟이 클럽 정중앙보다는 다소 높은 곳에 위치하도록 디자인이 되고 있습니다.  이런 이유로 높은 티를 꼽는 것이 전체적으로 스윙에 유리하다는 연구결과도 있습니다.


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오늘 다음 골프가 문을 열었네요 ...  황송하게도 블로그 코너에 제가 올렸던 글이 대문에 올라있는데, 아직 섹션이 활성화되지 않는 것 같아서 꾸준히 과거에 써 놓았던 글들을 바탕으로 포스팅할까 합니다. 

골프
스윙은 물리학적인 이론에 기초를 두어야 합니.  중에서도 각운동(angular motion) 대한 물리학이 중요하다고 있습니다.  스윙을 몸을 비트는 동작이 클럽에 토크(torque) 만들어내게 되고, 이렇게 만들어진 토크가 클럽의 각속도(angular velocity) 변화시키면서 회전운동이 시작됩니다.  토크라는 것은 물리학의 기초 개념의 하나로, 각운동의 경우에는 힘의 크기 뿐만 아니라 힘이 작용하는 작용점과 회전축의 중심과의 거리(레버암, lever arm) 따라 전달가능한 에너지의 크기가 달라지게 되는데,  같은 힘이 주어지더라도 레버암이 1미터인 경우와 2미터인 경우는 2배의 토크 차이가 납니.  다시 말해 같은 헤드 무게를 가진 경우라 할지라도 클럽의 길이가 길면 토크와 헤드 스피드는 증가하게 됩니다.

 

대부분의 클럽헤드의 무게는 비슷하지요.  그러므로 공을 멀리 보낼 있게 만드는 것은 클럽헤드의 속도가 좌우한다고 있습니다.  클럽헤드의 속도가 빠르면 운동에너지가 공에 그만큼 많이 전달이 되는데,  전달되는 운동에너지는 클럽헤드의 무게와 클럽헤드 속도의 제곱에 비례합니다.

 

프로 골퍼는 대개 시속 100마일 이상의 헤드 스피드를 가지며, 타이거 우즈의 경우는 125마일 정도가 된다고 합니.  브리티시 컬럼비아 말라스피나 대학의 물리학자인 레이먼드 페너(Raymond Penner) 연구에 따르면 클럽헤드 속도에 가장 멀리 공을 보낼 있는 최적화된 라이각(lie angle, 클럽 샤프트와 페이스 사이의 각도) 존재하는데, 헤드 스피드가 빠를수록 라이각이 작은 것이 좋습니다.  타이거 우즈의 경우 7.5도가 최적화된 라이각이라고 합니. 

 

그렇다면 어떻게 하면 비거리를 늘릴 있을까요타이거 우즈의 예를 들어봅시다타이거 우즈는 키가 180 조금 넘고, 몸구게는 72 킬로그램 정도로 서양 골프선수로서는 편은 아니지만 가장 장타를 치는 선수 중의 하나입니다.  그의 비결은 뭘까요?   정답은 타이거 우즈의 스윙은 최대한 운동에너지를 중간에 잃어버리지 않고 임팩트 때까지 끌고 온다는 것입니다.

 

타이거 우즈 스윙의 핵심적인 요소는 다음과 같습니다.







  1. 백스윙을 , 몸통의 회전반경이 우측 허벅지를 넘어설 때까지 지속이 된다. , 소위 말하는 몸통 꼬임이 매우 크다.
  2. 탑에서 스윙을 시작하면 클럽헤드의 속도가 꼬였던 몸통을 풀어주면서 증가를 하기 시작한다. 우측 다리도 자연스럽게 앞으로 돌기 시작한다.  스윙이 전체적으로 좌우나 상하 움직임이 없어 운동에너지의 손실이 최소화된다.
  3. 임팩트를 때에는 엉덩이와 어깨, 그리고 손목을 이용하여 최대한의 운동에너지를 한꺼번에 전달 한다.  우즈의 경우 공이 티에서 떠난 2피트 전방에서는 공의 속도가 180마일에 이르는데, 이는 평균적인 투어 프로보다 20마일이나 빠른 것이다.
  4. 우즈는 팔로우 스루를 클럽헤드가 커다란 궤적을 그리면서 등뒤로 돌아들어가는데, 클럽헤드의 회전이 길면서도 부드럽다.


비교적
이상적인 골프 스윙의 목표로는 헤드 스피드는 시속 100마일 정도로 하고, 티를 떠나는 공의 속도는 140마일 정도를 달성할 있으면 충분합니다.  백스핀의 양은 초당 50~60 정도가 적당하지요.   이렇게 가장 비거리를 있습니다.



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