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골프를 배우고 가르치는 사람들에게 가장 중요한 주제 중의 하나가 스윙단면에 대한 이야기입니다.  그런데, 워낙 사람들마다 체형도 다르고 기능도 다르기 때문에 다양한 스윙이 존재합니다.  프로들 조차도 클럽 샤프트의 각도와 단면, 그리고 백스윙이 사람들마다 상당한 차이를 보이곤 합니다. 

그래도 굳이 분류를 하자면, 일부 프로는 비교적 바로 선 자세에서 스윙의 각도가 수직으로 더 세워진 스윙을 하고, 반대편에 있는 프로들은 비교적 스윙의 각도가 좀더 누워서 나오게 됩니다.  이렇게 클럽 헤드가 움직이는 궤적은 사람마다 상당히 다른데에도 불구하고, 클럽을 쥐고 있는 손의 궤적은 대부분 큰 차이가 나지 않습니다.  그리고, 힘을 전달하기 위해 다리와, 몸, 팔과 손목을 순차적으로 움직여서 운동량을 전달하는 타이밍도 대동소이합니다.


어깨턴이냐?  엉덩이턴이냐?

스윙단면이 사람들마다 차이가 나는 것은 어찌보면 상당히 자연스럽다고 하겠습니다.  이렇게 스윙단면이 사람마다 다른 것은 특히 엉덩이와 어깨의 회전이 개인차가 크기 때문입니다.  엉덩이 회전이 큰 사람은 스윙단면이 전반적으로 수평이동이 많아지게 되며, 반대로 어깨회전이 크면 수직이동이 많습니다.  쉽게 말하면 어깨턴이 크고, 상대적으로 엉덩이턴이 적으면 전반적으로 스윙단면이 수직에 가까워지고, 어깨턴보다는 엉덩이턴이 큰 스윙을 가진 사람은 스윙단면이 수평에 가깝게 됩니다. 

일단 어느 쪽이 우세하든 보통 클럽헤드 속도에는 큰 차이가 없다는 것이 정설입니다.  다만, 스윙단면이 누울수록 클럽헤드를 잡아당겨서 원래 의도한 궤적으로 유도하는 각운동량이 증가하기 때문에 정확하게 공을 때리기 위해서는 지난 번 포스팅에서 언급한 "파워링(powering)" 동작이 더 강하게 요구됩니다.  파워링 동작은 백스윙에서 다운스윙을 시작할 때 몸에 붙여서 내려오는 동작을 일컫는 것으로, 더 자세한 내용은 아래 링크되어 있는 지난 포스팅을 참고하시기 바랍니다.

연관글:  2009/05/21 - 백스윙과 다운스윙의 궤적이 같아야 할까?

그에 비해, 어깨 턴이 많고 비교적 선 자세에서 수직에 가까운 스윙을 구사하는 경우에는 이러한 파워링 동작을 하지 않아도 슬라이스와 같은 사이드 스핀이 나올 가능성이 적다는 장점이 있습니다. 


체형과 클럽에 따른 조언

사람들마다 자신의 스윙 스타일이라는 것이 있기 때문에, 일반화하기는 어렵지만 그래도 체형에 따라 약간의 조언은 가능할 수 있습니다.  일단 어깨가 넓고 엉덩이가 좁은 경우라면 엉덩이 턴을 이용해서 약간 누운 스윙을 하는 것이 자연스럽습니다.  그에 비해, 어깨가 좁고 엉덩이가 큰 경우에는 약간 더 서서 조금은 더 수직에 가까운 스윙이 상대적으로 자연스럽습니다. 

샤프트가 긴 클럽을 사용하는 경우에는 자연스럽게 각 운동량이 증가하게 되지만, 필연적으로 스윙의 단면은 조금 더 눕게 됩니다.  그리고, 그것이 더 자연스럽습니다.  그러나, 샤프트가 길어지면 클럽을 휘두르는데 더 큰 힘을 필요로 하고, 정확한 히팅이 될 확률도 감소하기 때문에 그리 권장할만한 것은 아닙니다. 

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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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언제나 멋진 로봇이나 하드웨어 제작하는 방법을 알려주는 instructables.com 사이트에서 모처럼 대박 프로젝트가 하나 소개되었습니다.  이름하야 Build A Mobile Bar - BaR2D2 프로젝트인데요 ...

로봇을 만드는 과정이 상세하게 나와있습니다.  제가 만들 수준은 넘는 것 같구요 ... 
기계공학 전공하신 분이나 차고 같은 것이 있는 사람이면 한번 쯤 도전해볼만 할 것 같아요.  로봇 파워 나오시는 분들 정도면 충분히 가능할 것 같은데요?

완성된 BaR2D2의 파티 동영상을 유튜브에 공개했는데, 아주 인상적입니다. 
한번 보시죠 ...





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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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