겨울에 만나게 되는 하얀 눈은 무조건 사랑할 수도 마냥 미워할 수도 없는 애증의 대상이다. 첫눈이 오면 사랑하는 사람과 만날 약속을 잡기도 하고 새하얗게 변한 풍경을 바라보며 따뜻한 음료를 마시는 것도 즐거움 중의 하나다. 한편 1㎝도 쌓이지 않은 눈 때문에 도시 교통이 마비되기도 하고 미끄러운 줄 모르고 눈 쌓인 길을 걷다가 심하게 넘어져 부상을 입기도 한다.

푹신하게 쌓여서 통행을 방해하고 쉽게 미끄러져 불안함을 주는 눈의 단점을 오히려 적극적으로 이용하는 사례가 있다. 겨울 스포츠의 꽃이라 불리는 '스키'와 '스노보드'다. 전 세계에서 스키와 스노보드를 즐기는 인구는 6000만 명에 달하며 우리나라도 2013년 초 한국갤럽이 실시한 설문 조사에서 성인의 36%가 '탈 줄 안다'라고 대답해 10년 만에 배 이상 증가했다.

스키 장비 중의 핵심은 플레이트다. 눈 위에서 잘 미끄러짐과 동시에 조종에 따라 정확하게 반응할 수 있어야 한다. 그런데 바닥이 평평한 스키 플레이트는 왜 그렇게 쉽게 미끄러지는 것일까. 눈과 플레이트 모두 고체이므로 당연히 마찰력이 생겨서 속도가 줄어드는 게 정상이 아닐까.

스키 플레이트는 중력과 마찰력 두 가지의 힘을 적절히 조절함으로써 미끄러지기도 하고 멈추기도 한다. 중력은 물체를 지구 중심으로 끌어당긴다. 평평한 곳에서는 운동 방향과 직각이 되기 때문에 쉽게 움직일 수 없지만 경사가 심할수록 중력의 작용이 운동 방향에 가까워져 이동이 쉬워진다. 산이 높은 교외에 스키장이 위치한 이유다.

마찰력을 줄이는 것도 플레이트를 미끌어지게 하는 또 하나의 방법이다. 일반적으로 고체보다는 액체의 마찰력이 덜하므로 눈에 열을 가해 녹이면 그만큼 쉽게 미끄러질 수 있다. 영국 케임브리지 대학 프랭크 보우든(Frank P. Bowden) 교수는 1939년 스위스 알프스에서 가장 높은 융프라우요흐에서 스키 실험을 진행했다. 평소의 눈은 영하 상태의 온도를 유지하지만 플레이트가 경사면을 미끄러질 때 압력과 마찰열이 발생해 눈이 녹는다. 그래서 마찰력이 줄어든다는 분석이다.

그러나 스키 플레이트의 속도가 높아지거나 기온이 심하게 낮아지면 눈을 녹일 만한 시간이 줄어든다. 이때는 플레이트 밑면에 왁스를 발라 더욱 미끄럽게 만들 수 있다. 보우든 교수는 1953년 여러 종류의 왁스로 후속 실험을 진행해 정확한 마찰계수를 찾아냈다. 노르웨이와 스위스와 같은 산악 지역에서 전통적으로 사용해온 왁스는 플레이트의 마찰력을 평소의 절반으로 줄여주었다. 그래도 마찰력이 가장 작은 순간은 섭씨 0도 가까운 온도에서 눈이 녹기 시작할 때다. 너무 추운 날씨에는 스키를 제대로 타기가 어렵다는 뜻이다.

스키와 스노보드를 제대로 즐기려면 마찰력을 적절히 높여주는 방법도 알아야 한다. 마찰력이 없으면 경사지를 내려오면서 속도가 점점 높아지고 결국에는 통제 불가능한 상태에 이르기 때문이다. 이 때문에 적절한 속도를 유지하는 방법을 알아야 한다. 스키와 스노보드는 미끄러져 내려오서 속도를 높이되 적절한 순간에 턴(turn)이라는 회전 운동을 실행해야 한다.

평평한 바닥에 스키 플레이트를 놓고 옆에서 바라보면 '캠버(camber)'라 불리는 가운데 부분이 약간 떠 있다. 사람이 플레이트 위에 올라서면 무게에 의해 캠버가 땅에 닿으면서 전체가 평평해져 미끄러짐이 극대화된다. 반면에 턴을 할 때는 몸과 다리를 한쪽으로 기울여 '에지(edge)'라 불리는 플레이트 양쪽 날이 눈 속을 파고들게 한다. 이때는 캠버가 수평보다 더 아래로 내려가는 '리버스 캠버(reverse camber)' 현상이 발생해 마찰력이 커진다. 또한 눈과 플레이트 사이에 곡선이 형성돼 자연스럽게 방향 전환을 할 수 있다.

스키와 스노보드는 빠른 속도로 멋지게 회전해서 눈 덮인 경사지를 미끄러져 내려오는 겨울 스포츠다. 스릴이 커질수록 사고 위험성도 높아지므로 반복적인 훈련을 통해 정확한 회전 기술을 익히고 마찰력과 회전력을 적절히 제어해야 안전하게 즐길 수 있다.

임동욱 과학 칼럼니스트

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