공이 휘는 원리? "마그누스 효과(MAGNUS EFFECT)"

공이 휘는 원리? "마그누스 효과(MAGNUS EFFECT)"

축구 경기에서 어떤 선수가 찬 프리킥이 휘어서 날아가는 경우가 있습니다. 그리고 야구에서도 투수가 던진 공이 기존의 궤적을 벗어나서 휘어서 날아가기도 하지요. 축구에서는 이러한 킥을 두고 "바나나킥"이라고 칭하기도 하고, 선수의 별명에 맞는 다양한 별명을 붙이기도 합니다.

야구에서는 커브볼 등의 변화구가 있는데요. 이를 통틀어서 변화구라고 칭하지요.

"공이 휘는 이유는, 마구누스 효과 때문"

그렇다면, 이렇게 공을 가지고 하는 스포츠에서 공이 휘는 원리는 무엇일까요? 그것은 마그누스 효과 때문이라고 알려져 있습니다. 마그누스 효과는 "유체 속을 회전하며 움직이는 공이 운동 방향의 수직으로 힘을 받아서 경로가 휘는 현상"을 가리키는데요.

1852년 독일의 물리학자인 "하인리히 구스타프 마그누스"가 효과를 발표했다고 해서, "마그누스 효과"라고 이름이 붙었답니다.

△ 마그누스 효과에 대한 그림 설명

"마그누스 효과의 원리"

마그누스 효과가 생기는 이유는 공기의 흐름 때문이라고 할 수 있습니다. 시계 방향으로 회전하는 공이 오른쪽으로 날아가는 경우, 이때 움직이는 공과 공기의 충돌에 의해서 공의 이동 방향과 반대되는 방향인 왼쪽에서 공기의 흐름이 생기게 됩니다.

이때 공이 회전하기 때문에 공의 표면에 아주 가까이 있는 공기는 공과 같은 시계 방향으로 움직이게 되는데요. 이 경우, 공의 위쪽에서는 공에 가까운 공기와 주변의 기류가 서로 반대 방향으로 이동하게 됩니다.

그래서 위쪽의 공기는 상대적으로 느린 공기를 갖게 되는데요. 반대로 아래쪽에서는 공에 가까운 공기와 주변의 기류가 서로 같은 방향으로 이동하므로 상대적으로 빠른 이동 속도를 갖게 됩니다.

여기에서 베이누스의 법칙이 적용되는데요. 베이누스의 법칙에 의하면, 유체(액체 혹은 기체)에서 물체의 속도가 증가하면 그 물체가 유체로 받는 압력이 감소하고, 반대로 물체의 속도가 감소하면 그 압력이 증가합니다. 이 원리에 의해서 상대적으로 빠른 속도를 갖게 된 공의 아래쪽 부분의 압력은 감소하고, 상대적으로 느린 속도를 갖게 된 공의 위쪽 압력은 증가하게 됩니다.

이러한 공의 위쪽과 아래쪽의 압력 차이가 양력을 발생시켜서 공을 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동시키고, 이 때 발생하는 힘을 마그누스 힘이라고 한답니다. 그래서 이 경우에는 공이 회전 방향인 아래쪽으로 휘게 된답니다.

이러한 마그누스 효과는 물체의 회전 방향에 따라서 어느 방향으로도 작용할 수 있답니다.

△ 공에 스핀을 주어서 떨어뜨리면?

"마그누스 효과를 보여주는 영상"

댐에서 농구공을 떨어뜨려서 마그누스 효과를 보여주는 영상이 있기도 합니다. 공을 그냥 떨어뜨렸을 때는 거의 수직으로 떨어지지만, 공에 스핀(회전)을 넣어서 떨어뜨리는 경우에는 그 화전 방향이 완전히 휘게 되는 모습이 보이는데요.

이것은 바로 마그누스 효과 때문이랍니다.

"마그누스 효과를 체험할 수 있는 마그누스 컵 글라이더"

이러한 마그누스 효과를 체험할 수 있는 다른 방법이 있기도 합니다. 바로 "컵 2개"와 고무줄 몇 개를 이용해서 체험해볼 수 있는 실험인데요.

영어로는 "마그누스 글라이더(MAGNUS GLIDER)"라고 불리는 시험이랍니다. 컵 두 개를 서로 엉덩이 부분이 닿게 해서 테이프로 붙인 다음에, 고무줄 6개 정도를 연결해서, 컵 주변을 감은 뒤에 발사하면 되는데요.

컵이 날아가다가 방향을 바꿔서 회전하는 무회전 킥과 비슷한 느낌으로 날아간답니다. 여기에서 발생하는 현상이 바로 "마그누스 효과"인 것이지요.

이러한 마그누스 글라이더를 만드는 영상은 유튜브에서도 쉽게 찾아볼 수 있답니다. 여기까지, 마그누스 효과에 대해서 간략하게 한 번 살펴보았습니다.