장대높이뛰기의 탄성력

 

1) 장대높이뛰기의 역사

이제부터 우리나라가 아닌 다른 나라에서의 스포츠 향상에 숨은 과학 원리와 스포츠 과학에 대해서 알아보자. 먼저 장대높이뛰기에 숨은 과학 원리에 대해서 알아보자. 장대높이뛰기는 1896년 제 1회 근대 올림픽부터 있었던 경기 종목이다. 장대높이뛰기는 그냥 높이뛰기의 기록과는 많은 차이를 보인다.

 

높이뛰기의 세계 기록은 2.45 m 이지만, 장대높이뛰기는 다른 종목에서보다 기록이 놀랍도록 향상되는데, 1회 대회 때 3.30 m에 그치던 기록이 1996년 애틀랜타 올림픽에서는 5.92 m를 뛰어넘었다. 세계 최고 기록은 러시아의 세르게이 부브카에 의해 수립되었는데, 무려 6.14 m를 뛰어넘었다.

 

다른 종목에 비해 장대높이뛰기에서 기록 경신이 두드러진 이유는 다른 종목과는 달리 경기에서 ‘장대’라고 부르는 장비를 사용하기 때문이다. 장대는 사용하는 것은 탄성력을 이용하기 위해서인데, 탄성이란, 용수철을 손으로 잡아당기면 용수철의 길이가 늘어나고, 잡아당긴 용수철을 놓으면 다시 원래 상태로 되돌아간다.

 

또한 힘을 주어 용수철을 누르면 길이가 줄어들고, 놓으면 다시 원래 길이로 되돌아간다. 이와 같이 용수철이 힘을 받아서 그 길이가 변하게 되면 처음 상태로 되돌아가려는 성질을 갖게 되는데, 이러한 성질을 탄성이라고 한다. 탄성을 가지고 있는 물체가 힘을 받았을 때, 원래의 상태로 되돌아가려는 힘을 탄성력이라고 한다.

 

2) 장대의 변화와 중요성

처음에는 장대의 원료가 나무였다가, 1950년대 들어서 탄성이 좋은 대나무로 바뀌었다. 그리고 최근에는 탄소로 코팅한 첨단 유리 섬유가 사용되는데, 그 탄성이 아주 좋아졌다. 따라서 장대높이뛰기 종목은 장대의 탄성력을 잘 이용하는 기술이 중요하다. 그렇다면 탄성이 좋은 장대를 사용하면 더 높이 뛸 수 있을까?

 

세계육상연맹 규정에는 장대의 재질이나 두께, 길이에 대해 아무런 제한이 없다고 한다. 하지만 선수들은 일반적으로 장대의 길이는 4.5 m보다 좀 더 길고, 지름은 약 3.5 cm 내외의 장대를 많이 사용한다고 한다. 왜냐하면 무조건 길고 탄성이 좋은 장대를 쓴다고 해서 높이 뛸 수 있는 것은 아니기 때문이다. 탄성이 너무 좋은 장대는 에너지 전달 과정에 있어 효율적이지 못하기 때문이다.

 

장대높이뛰기 선수는 약 40 m 거리를 전력 질주 한다. 그래서 장대높이뛰기 선수의 100 m 달리기 기록이 다른 종목의 선수들에 비해 월등하다고 한다. 현재의 세계 기록 보유자인 세르게이 부브카는 100 m 를 10초 2에 달린다고 한다. 이렇게 달리기 속도가 빨라야 하는 이유는 선수의 운동 에너지가 클수록 높이 도약할 수 있기 때문이다.

 

선수가 가지는 운동 에너지가 장대의 탄성 에너지로 전환되고, 그것이 나중에 위치 에너지로 전환되기 때문이다. 그리고 위치 에너지가 클수록 높이 올라갈 수 있다. 그런데 이 때 운동 에너지는 모두 위치 에너지로 전환되지 않는다.

 

왜냐하면 운동 에너지가 위치 에너지로 전환 되는 과정에서 장대의 탄성에 의한 반발력으로 에너지가 손실되기 때문이다. 그러므로 탄성이 너무 좋아도 문제가 된다. 탄성이 너무 크면 탄성력이 좋아지는 만큼 반발력으로 인한 에너지 손실도 따라서 커진다.

 

참고자료

국회도서관