매일안전신문 - 과학원리로 풀어보는 골프공 비거리

 

[매일안전신문] 골프 인구가 날로 늘어나고 있다. 한국레저산업연구소에 따르면 국내 골프 인구는 515만여 명에 이른다. 전체 인구대비 10% 정도로 성인 인구로 보면 더 높을 것이다.

필드 라운딩 기회가 적은 아마추어 골퍼들은 드라이버의 짜릿한 손맛을 기대하지만 그렇지 않은 경우가 많다.
 

골프볼과 골프채에는 많은 과학원리가 숨어있다. 골프 비거리를 늘리기 위해서는 어떻게 해야 할까. 원리를 분석해보자.

● 볼스피드·스윙스피드·발사각도·공격각도  

볼 스피드(Ball speed) : 골프공이 날아가는 속도  스윙 스피드(Swing speed) : 골프채를 휘두르는 속도  발사각도(Launch angle) : 골프공이 발사되는 각도  공격각도(Attack angle) : 골프채 헤드면이 볼에 타격하는 각도  스윗 스팟(Sweet spot) : 골프채 헤드면의 무게중심 지점  로프트(Loft) : 골프 클럽 페이스면의 기울어진 각도

볼의 비거리를 늘리기 위해서는 우선 ‘볼 스피드’다.
볼 스피드를 높이기 위해서는 스윙 스피드 그리고 발사각도와 관련이 깊다. 발사각도는 드라이버 페이스면이 볼을 타격하는 각도인 공격각도와 로프트 각도에 따라 달라진다. 공격각도는 보통 +5도~ -5도 정도이다.
 

▲ 골프공 비거리는 볼스피드와 발사각도에 따라 달라지며 SF 값에 따라 달라진다.

상기 식과 같이 비거리는 볼 스피드가 가장 큰 요인이며 발사각도에도 비례한다. 

예를 들어 볼 스피드 66mps, 발사각 15도인 경우 비거리는 232m(66×66×sin30/9.8)가 된다. 이  비거리는 골프 볼의 딤플이 없는 조건이며 골프 공이 굴러가는 거리를 포함하지 않는 단순 수치다.

일반적으로 드라이버 발사각은 20도 이내이다.

 

볼스피드가 높을수록 비거리는 크게 늘어나며, 발사각은 45도일 때 볼이 가장 멀리 날아간다. 이 각도보다 더 크거나 작으면 그 양만큼 비거리는 작아진다.

 

드라이버의 스윙 스피드에 의해 볼을 타격한 후 날아가는 볼 스피드는 스윙 스피드보다 더 크다. 타격된 볼에 헤드 페이스 면의 반발력이 더해지기 때문이다.

상기 식에서 보듯이 스윗 스팟의 적중도인 스매쉬 팩터(SF)도 중요하다. 스윙 스피드에 의해 볼 스피드를 높이기 위해서는 SF값을 높여야 한다. 가장 높은 SF값은 1.5정도 이며, 이 값을 갖기 위해서는 스윗 스팟(sweet spot)에 볼을 정확하게 타격해야 한다. 
 

강한 스피드로 드라이버를 스윙하더라도 볼이 페이스 면의 스윗 스팟에 적중하지 않으면 SF값이 낮아져 볼스피드는 그만큼 낮아진다.

그러나 스윙 스피드가 어느 정도 낮더라도 스윗 스팟에 볼을 타격하면 SF값이 높아져 비거리는 상당부분 늘어난다.
 

▲볼에 가한 회전력은 볼에 가해지는 힘과 골프채의 회전 반경에 비례한다.

그리고 드라이버 헤드의 스윙 스피드와 회전력을 높이기 위해서는 볼에 작용되는 힘과 드라이버 회전반경인 반지름에 비례한다. 회전력(Torque, T) = 힘(F) X 회전반경(R)이다.

이 기준을 적용하면 볼에 동일한 힘이 작용하더라도 키가 크고 어깨가 길며 드라이버 길이가 길수록 회전반경이 커 회전력이 커져 비거리는 더 길게 된다.
그러나 키가 크고 어깨가 길고 드라이버 길이가 길수록 볼을 스윗 스팟에 맞히기 어려워 SF값이 낮아지므로 아마추어에겐 더 불리할 수 있다.

필 미컬슨은 지난해 5월 메이저대회 PGA 챔피언십에서 최고령 우승 기록(만 50세 11개월)을 53년 만에 갈아 치웠다. 미컬슨이 당시 대회에서 사용한 드라이버의 샤프트 길이는 47.9인치였다. 보통 드라이버 길이는 45~46인치다.
영국의 영국골프협회와 미국 골프협회는 올해부터 샤프트 길이가 46인치(116.84㎝) 이상인 드라이버를 프로 대회와 같은 공식 대회에서 사용할 수 없도록 규정했다.

● 백스핀·양력·딤플

백스핀(Back spin) : 골프공이 역회전을 하면서 날아간다.  양력(Lift force) : 상단부와 하단부의 압력의 차에 의해 위로 부상하는 힘  딤플(Dimple) : 골프공에 있는 많은 홈

 

드라이브 페이스 면으로 타격된 볼이 힘차게 날아가면서 어느 지점에서 볼이 상승하는 것을 가끔 보게 된다. 이것은 백스핀에 의해 양력이 생기기 때문이다.
이 백스핀은 골프공을 타격 시 딤플의 홈과 페이스 면에 있는 작은 홈인 그루브(groove)의 마찰에 의해 발생한다. 보통 아이언 샷에서 이 백스핀을 높이기 위해 일반적으로 다운 블로(Down blow) 스윙을 한다.

 

단단하지 않는 공일수록 백스핀은 덜 생긴다. 이유는 볼이 페이스 면에 맞았을 때 볼이 수축되어 볼이 날아가는 방향의 반지름과 수직 방향의 반지름이 달라 백스핀이 어렵기 때문이다. 대부분 타격된 볼은 찌그러져 진행 방향의 반지름보다 진행 방향과 수직 방향의 반지름이 더 크게 된다.

 

이런 이유로 원피스 볼보다 투피스 볼과 같이 멀티 피스로 제작된 볼이 단단해 날아가면서 찌그러지지 않으므로 백스핀 량이 더 많아진다.

또한, 볼이 날아가면서 비행기 날개에서 나타나는 것과 같이 양력이 발생해 위로 상승해 날아가게 된다.
비행기 날개는 추진하는 날개의 아랫부분에서 공기의 이동속도가 날개 윗부분의 공기 이동속도보다 더 빨라 날개 아랫부분의 기압이 더 높기 때문에 양력이 발생한다. 날아가는 골프공도 마찬가지다.

이 원리에 의해 볼이 맞아 날아가는 순간에는 추진력이 크기 때문에 직진성을 보이다가 볼이 날아가면서 볼 추진력이 백스핀 량의 힘보다 더 작아지면서 볼 윗부분의 공기 이동속도가 볼 아랫부분으로 이동하는 공기의 속도보다 더 낮아져 양력이 발생해 볼이 위로 올라가게 된다.
 

볼의 발사각이 낮은 각도에서 날아가다가 양력에 의해 발사각이 더 높아지면서 비거리도 늘어난다. 그러나 45도의 발사각에서는 양력이 발생하기 어렵지만 양력이 있더라도 45도가 넘어가기 때문에 비거리는 더 낮아지게 된다.
 

라운딩에서 가끔 보듯이 양력은 낮은 탄도의 발사각에서 백스핀 량과 함께 볼이 날아가는 추진속도가 클 때 발생한다.
 

▲딤플이 없는 공프공(왼쪽)과 딤플이 있는 골프공(오른쪽) 비교 - 왼쪽의 공 뒷부분에 진직에 방해되는 공기의 흐름양이 더 많다.(사진, USGA)

딤플(Dimple)은 골프공에 아주 중요한 역할을 한다. 만일, 볼에 딤플이 없다면 비거리는 절반 정도밖에 나갈 수 없다.

 

딤플은 스포츠카의 스포일러와 같은 역할을 한다. 스포일러(Spoiler)는 날아가는 볼 뒷부분에서 발생하는 공기 흐름을 방해하는 공기순환의 역회전(swirl)을 방지해주는 역할을 한다. 이런 이유로 자동차의 스포일러 때문에 고속으로 안정하게 달릴 수 있고 이로 인해 연료 소모도 적어진다.
골프공 딤플의 개수는 300~500개 정도다. 깊이는 0.2mm이하이다.

마지막으로 비거리에 큰 영향을 주는 것은 헤드 페이스 면의 반발력이다. 반발력이 크면 클수록 볼은 더 멀리 날아갈 수 있어 반발계수 0.83 이하를 룰로 규정하고 있다.
 

반발계수 0.83은 페이스 면의 스윗 스팟 지점의 1m높이에서 볼을 자유낙하했을 때 튀어 오르는 높이가 0.83m이다. 규정에 따라 골프 대회에서 0.83m 이상의 드라이버는 사용할 수 없다.
 

반발계수 0.83 이상 비공인으로 제작된 드라이버도 있어 비거리가 적은 골퍼에 유리하다. 그러나 반발계수 0.83 이상이더라도 스윗 스팟 지점을 벗어나면 반발계수가 급격히 떨어질 수 있어 드라이버를 선택할 때 주의해야 한다.

 

그리고 힘을 전달하기 위해서는 마디로 연결된 링크 부위에서 힘의 손실이 발생한다. 허리 회전력과 어깨의 회전력에 의해 발생하는 골프채 회전력의 힘은 팔꿈치의 관절과 손목 관절의 링크에 의해 골프채에 연결된다. 

 

이 링크 부위에 의해 원하는 회전 방향을 정하게 되지만 이 부위에서 힘의 손실이 발생하고, 하체의 연결부위인 무릎과 발목 등의 링크에서 힘의 손실이 또 발생하게 되므로 최대한 자연스러운 연결로 인해 힘의 손실을 적게 해야 한다.

결과적으로 보면, 골프 비거리를 늘리기 위해서는 스윙 스피드가 중요한 요인이다. 그러나 더 중요한 것은 스윗 스팟에 적중시키는 것이다. 그러나 스윙스피드를 늘릴수록 스윗 스팟 적중률이 낮아질 수 있어 주의해야 한다.
 

볼 탄도의 방향인 발사각은 45도로 발사해야 가장 멀리 날아갈 수 있지만 발사각 45도는 이상적인 발사각이며 대부분 발사각이 20도 이내이므로 공격각도를 높이고 로프트 각도가 큰 드라이러를 사용해 발사각을 높게 하여 타격할 필요가 있다. 

 

양력을 이용한 비거리를 늘리기 위해서는 티 높이를 높여 백스핀량을 높게 하고 단단한 공을 활용해 낮은 탄도로 발사시켜야 한다.
신체 각 부위의 원활한 링크 활용도 필수적일 것이다. /이송규 세미프로골퍼

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