우리 나라와 미국, 일본에서는 요즘 프로 야구 경기가 한창 펼쳐지고 있습니다. 시속 150 km를 넘나드는 강속구와 하늘로 쭉 뻗어 가는 홈런, ‘녹색의 다이아몬드’ 위에서 펼쳐지는 투수와 타자 사이의 대결은 관중들의 이목을 집중시키지요. 오늘은 야구 속에 숨겨진 과학적 원리에 대해 살펴보겠습니다.

▲야구공에 빨간 실밥이 없다면?

야구공은 코르크나 고무로 만든 작은 심에 실을 감고 흰색 말가죽이나 쇠가죽 두 쪽을 붉은 실로 108 번 꿰매 제작합니다. 바로 이 때 만들어지는 실밥(솔기)은 투수가 다양한 공을 구사하는 데 중요한 역할을 합니다.

야구공이 홈 플레이트를 향해 회전하며 날아갈 때 공기의 저항이 생기면서 야구공 주변에 얇은 공기막이 형성됩니다. 공기막은 야구공이 앞으로 진행하는 것을 방해하지요. 이 때 야구공의 실밥은 공기막을 야구공 뒤까지 이어지게 해 공 주변의 공기 흐름을 빠르게 만듭니다. 이로 인해 공은 더 빨리 앞으로 나아가게 되는 것입니다.

만약 야구공의 표면이 매끄럽다면 공이 나아가는 반대 방향에 진공이 생겨 공을 뒤쪽으로 잡아당기기 때문에 공의 속도가 느려지게 됩니다. 골프공의 표면이 매끄럽지 않고 울퉁불퉁한 것도 이 같은 이유에서입니다. 이 실밥 덕분에 투수들이 시속 150 km가 넘는 강속구를 던질 수 있는 것입니다.

▲추운 날과 더운 날, 어느 쪽이 타구가 멀리 날아갈까?

진공 상태에서 야구 경기를 펼친다고 가정하면, 일반적인 플라이볼도 홈런이 되기 쉬울 것입니다. 공의 비행 거리가 속도와 중력에 의해서만 영향을 받기 때문입니다. 그러나 현실에서 공은 반드시 공기 사이를 통과해 날아가며, 공기의 저항을 피할 수 없지요.

공의 비행에 영향을 주는 공기 요소는 공기의 빽빽한 정도(밀도)와 끈적한 정도(점도)입니다. 많은 사람들을 헤치고 앞으로 나갈 때 평소보다 많은 에너지를 소모하는 것처럼, 공기의 밀도와 점도가 높을수록 공의 비행 거리는 줄어들게 됩니다.

공기의 밀도는 온도, 기압, 습도 등에 따라 달라지는데, 영상 35 ℃에서는 영하 1 ℃에서보다 공기 밀도가 12 % 정도 낮아진다는 연구 결과가 있습니다. 즉 추운 날보다는 더운 날에 타구가 멀리 날아가는 셈이지요. 또 최희섭 선수가 시즌 6호 홈런을 날린 콜로라도 쿠어스필드 구장은 공기의 밀도가 희박한 해발 1600 m의 고지대에 있기 때문에 타구의 비거리가 해수면에 비해 평균 7 % 늘어난다고 합니다. 쿠어스필드가 ‘투수들의 무덤’으로 불리는 것은 바로 이 때문입니다.

▲야구공이 날아오면서 휘는 이유는?

아무리 빠른 공을 갖고 있는 투수라도 직구만 던지지는 않습니다. 타자 앞에서 휘어지는 변화구도 적절히 구사하지요. 공이 날아가다 휘는 이유는 공이 회전하면서 날아갈 때 주위에 형성되는 공기 흐름이 달라지기 때문입니다.

즉 공의 진행 방향과 공기의 흐름이 일치한 쪽에서는 유체의 속도가 커져 압력이 감소하지만, 반대쪽에서는 유속이 작아지면서 압력이 커지게 됩니다. 이렇게 발생한 압력 차로 인해 공은 타자 앞에서 크게 휘어지는 것입니다. 이는 도이칠란트의 물리학자인 마그누스가 포탄에 관한 연구를 수행하다 발견한 현상으로, ‘마그누스 효과’로 부릅니다. 투수들은 이를 이용해 좌우뿐만 아니라 공이 떨어지는 지점도 바꿀 수 있는 것입니다.

▲방망이에 홈런이 나오는 부분이 따로 있다?

야구 경기를 보면 선수가 방망이를 휘두르는 순간 홈런을 직감한 듯 두 손을 번쩍 드는 장면을 흔히 볼 수 있습니다. 야구 선수들은 어떻게 공이 배트에 맞는 순간 홈런임을 알 수 있을까요?

야구공이 방망이에 부딪치면 심한 진동이 손에 전달되게 됩니다. 그런데 공이 맞는 위치에 따라 많이 진동하는 곳과 덜 진동하는 곳이 있습니다. 84 cm 길이의 방망이의 경우 가장 진동이 최소화되는 지점은 약 72 cm 지점인 것으로 알려져 있습니다. 공이 이 지점에 맞으면 방망이의 에너지가 진동에 의해 소모되지 않고 공에 그대로 전달돼 가장 멀리 날아가게 된다는 것이지요.

야구 선수들은 방망이로 공을 휘두를 때 경쾌한 소리와 함께 진동이 얼마만큼 손에 전달되는가에 따라 홈런임을 직감할 수 있는 痼都求？