NASA 엔지니어들의 눈에 피크볼은 어떤 흥미로운 비밀을 숨기고 있을까?

지금은 모두가, 모든 가족이 피클볼을 즐기는 시대입니다. 피클볼 코트가 곳곳에 생겨나고 있으며, 테니스 코트 소유주들조차 이 새로운스포츠 로 전환하기 위해 코트를 개조하기 위해 문을 닫고 있습니다. 미국에서도 피클볼은 4년 연속 가장 빠르게 성장하는 스포츠로 자리매김했습니다.

한 무역 협회에 따르면 현재 1,360만 명이 넘는 미국인이 피클볼을 즐기고 있으며, 이는 신규 참여자 수 기준으로 가장 빠르게 성장하는 스포츠입니다. 마을, 학교, 그리고 피클볼 클럽들이 곳곳에 생겨나 모든 연령과 배경의 사람들을 끌어들이고 있습니다.

이 스포츠 열풍의 진원지에서 멀지 않은 곳에 항공우주 산업에서 오랜 경력을 쌓은 구조 역학 엔지니어 필 히폴이 있습니다. 히폴은 NASA를 위한 동적 환경 기준에 대한 핸드북과 업계를 위한 진동 및 충격에 대한 핸드북을 집필했습니다.

피클볼을 시작했을 때, 그는 이 스포츠가 자신의 전공과 많은 유사점을 가지고 있다는 것을 깨달았습니다. 공의 운동학, 라켓 표면의 질감, 진동, 그리고 피클볼 특유의 "팝" 소리까지 말이죠. 사람들은 히폴이 피클볼 코트에 가면 라켓과 공이 아니라 주변의 물리 공식만 보인다고 말합니다.

피클볼을 지배하는 기본 물리 원리 중 하나는 던지는 동작입니다. 이는 물체가 중력의 영향을 받아 공중에서 움직이는 경로를 설명합니다. 피클볼이 선수의 라켓에 맞으면 포물선 호라고 불리는 곡선 궤적을 따라가는데, 이는 로켓과 같은 날아가는 물체의 경로와 본질적으로 같습니다.

공을 치는 각도와 속도는 중력과 결합하여 공의 궤적 모양과 높이를 결정합니다. 선수는 라켓 페이스의 각도와 스윙 강도를 조절하여 공의 궤적을 제어할 수 있습니다. 히폴은 "공의 경로나 궤적을 예측하는 것이 중요합니다. 그래야 라켓의 방향을 더 잘 조정하거나 코트에서 자신의 위치를 조정하여 원하는 방향으로 공을 되돌릴 수 있습니다."라고 말합니다.

운동학 분야의 지식을 통해 피클볼 운동의 속도, 가속도, 변위, 공의 비행 시간 등 다양한 측면을 다룰 수 있습니다. 또한, 라켓이나 코트 표면의 충격력, 또는 공기역학적 효과도 고려해야 합니다.

히폴은 피클볼에 초점을 맞춘 일련의 기사를 통해 운동, 속도, 공기 저항, 심지어 공의 마모와 수명과 관련된 방정식을 개발했습니다.

그는 피클볼 과학이라는 핸드북을 써서 게임의 물리적 원리를 설명하고, 피클볼을 잘하려면 좋은 옷을 입고 좋은 라켓을 사는 것만으로는 안 되며, 기본적인 수학과 물리학 지식도 필요하다는 것을 보여주기도 했습니다.

가장 빠른 테니스 서브는 시속 263.4km(2012년 호주 선수 샘 그로스가 세운 기록)에 달했지만, 가장 빠른 피클볼 서브는 시속 95.56km(2024년 미국 선수 라일리 케이시가 세운 기록)에 그쳤습니다.

히폴의 방정식에 따르면 피클볼에서 공의 속도가 느린 가장 큰 문제는 라켓, 공, 재료 또는 무게의 차이가 아니라 훨씬 더 근본적인 문제입니다. 피클볼 규칙에 따르면 허리 아래, 즉 대부분의 경우 네트 높이보다 낮은 지점에 서브해야 합니다.

이 규칙에 따르면, 피클볼이 네트 꼭대기에 가까워질수록 속도가 더 빨라집니다. 히폴은 공식을 사용하여 대부분의 피클볼 서브가 네트 꼭대기에서 최대 시속 64km에 도달한다는 것을 계산했습니다.

하지만 선수들이 '마그누스 효과'라는 현상에 대한 지식을 활용한다면 서브 속도를 최대 시속 105km까지 높일 수 있습니다. 따라서 라일리 케이시의 시속 95.56km 기록은 이론적으로는 아마추어 선수들조차도 깨질 수 있습니다.

마그누스 효과는 19세기에 이 효과를 연구한 독일 물리학자 하인리히 구스타프 마그누스의 이름을 따서 명명되었습니다. 마그누스는 물체가 공중에서 날아가면서 회전할 때 궤적과 속도가 변할 수 있다는 것을 발견했습니다.

히폴은 이를 피클볼 서브에 적용하여, 라켓을 공 위로 밀어 올려 "탑스핀"이라는 기술로 위쪽으로 회전시키면, 선수들이 피클볼 위쪽의 공기는 더 빨리 움직이고 아래쪽의 공기는 더 느리게 움직일 수 있다고 말합니다. 그 결과, 아래쪽으로 작용하는 힘이 공의 속도를 더 빠르게 낮추는 동시에 땅에 닿을 때 높은 속도를 유지하는 데 도움이 됩니다.

탑스핀을 활용하는 방법을 아는 피클볼 선수들은 기술을 더욱 향상시키거나 샷의 탑스핀 양을 늘릴 수 있는 라켓을 선택해야 합니다. 더 나아가, 모든 선수는 샷에 다양성을 더하고 상대의 의구심을 유발하기 위해 탑스핀을 활용하는 법을 배워야 합니다.

이제 105km/h의 볼 스피드를 내는 완벽한 탑스핀을 쳤다고 가정해 보겠습니다. 문제는 이 샷이 단 한 번의 성공으로 이어질 수 있느냐는 것입니다. 이는 공의 비행 시간, 두 선수 사이의 거리, 그리고 사람의 중요한 근육 반응 속도에 따라 달라집니다.

서브에서 코트를 대각선으로 가로지르는 두 선수 사이의 거리는 보통 12~14미터입니다. 탑스핀 샷은 0.41~0.48초 만에 공을 맞힙니다. 참고로, 연구에 따르면 간단한 작업에 대한 인간의 가장 빠른 반응 시간은 보통 0.1~0.2초입니다. 이는 건강한 사람, 특히 운동선수나 잘 훈련된 젊은이를 기준으로 계산된 수치입니다.

하지만 여러 자극을 구분하거나 공의 궤적을 추적하거나 왼쪽으로 공을 쳐야 할지 오른쪽으로 쳐야 할지 결정하는 등 결정을 내려야 할 때는 반응 속도가 느려져 약 0.2초에서 0.4초 정도 걸립니다. 다행히 이 정도면 상대의 완벽한 탑스핀을 막기에 충분한 시간입니다.

하지만 서브가 아닌 네트 샷이라면, 두 선수 사이의 거리가 5미터로 줄어들기 때문에 0.17초 이내에 반응해야 합니다. 이는 인간의 의식적인 반응 시간의 한계에 가깝습니다. 따라서 네트에 탑스핀을 맞히면 거의 확실히 점수를 따낼 수 있습니다.

피클볼을 처음 접하는 사람이라면 누구나 한 가지에 놀랄 것입니다. 바로 그 소리, 특히 라켓이 공을 때릴 때 나는 특유의 "펑" 소리입니다. 히폴은 이 소리가 최대 120데시벨(dB)에 달할 수 있다고 말합니다. 참고로, 120dB은 망치로 못을 박거나 구급차 사이렌 소리가 지나갈 때의 소리와 비슷합니다.