스윙으로 인해 라켓의 힘이 볼에 전달되면 볼이 순회전하며 앞으로 날아가는 것을 톱 스핀 드라이브라고 지난 기사에서 언급했습니다. 이번 호에는 톱 스핀이 걸리는 원리에 대해서 알아봅니다. 선(:::::::::::::) 윗 부분은 이해하기 쉽도록, 아랫부분은 좀 더 정확히 설명했습니다. 간단하게 이해만 하시려는 분은 윗 부분, 좀 더 정확하게 원리를 알고 싶으신 분은 아랫부분까지 꼭 읽으시기 바랍니다. 

 
  좋은 자동차는 고속 주행시 도로에 착 가라 앉으며 주행 안정성을 확보한다. 비행기는 그 무거운 동체 무게에도 공기를 가르며 가볍게 하늘로 날아 오른다. 자동차 개발자들은 어떻게 하면 자동차가 지면에 딱 붙어 잘 달릴까, 비행기 개발자들은 어떻게 하면 비행기가 하늘을 잘 날 수 있을까에 사활을 건다. 자동차, 비행기 개발자들이 그 목표에 사활을 걸듯 테니스 인들은 어떻게 하면 톱 스핀 드라이브를 잘 칠 수 있을까에 목표를 둔다. 자동차가 착~ 가라앉고, 비행기가 붕~ 뜨는 데 과학적 원리가 숨어있듯 헤비 톱스핀 드라이브에도 과학적 원리가 숨어 있다.

 자동차와 비행기가 공기를 가르며 앞으로 전진할 때 윗 부분과 아랫부분으로 지나가는 공기의 흐름 속도에 차이가 난다. 공기의 흐름이 빠른곳은 압력이 낮고, 공기의 흐름이 느린곳은 압력이 높다. 이렇게 공기의 흐름 속도에 의해 압력이 달라지는 것을 물리학 용어로 '베르누이 원리'라고 한다.

   이렇게 상하부의 압력이 다를 때 여기에 새로운 힘이 만들어진다. 물이 높은데서 낮은데로 흐르듯 압력차에 의해 생성된 힘도 압력이 높은곳 에서 낮은 곳으로 작용한다. 이것을 물리학 용어로 '마그누스 힘' 이라고 한다. 달리는 자동차는 위에서 누르는 압력이, 이륙하는 비행기는 밑에서 받쳐 올리는 힘이 상대적으로 더 강하다. 이로인해 빠르게 달릴 때(범위 내에서) 자동차는 더 가라앉고 비행기는 이륙하게 된다.

 베르누이 원리에 의해 생성된 마그누스의 힘은 이동하는 물체의 궤도를 변화시키는데, 날아가는 볼에도 베르누이 원리와 마그누스의 힘은 똑같이 적용된다.  순방향으로 회전하는 톱스핀 드라이브는 마그누스의 힘이 볼의 아래쪽으로 작용하여 볼을 지면쪽으로 휘어지게 하고(자동차가 가라앉는 원리), 역 방향으로 회전하는 백 스핀 드라이브는 볼의 위쪽 방향으로 마그누스의 힘이 작용하여 볼이 뜨게 만든다(비행기가 뜨는 원리).

 마그누스의 힘은 스핀이 없는 볼에 비해 톱 스핀 드라이브에서 볼의 비거리를 더 짧게 만든다. 또한 백 스핀 드라이브에서 낮은 위치에서 임팩트한 볼을 상승시켜 네트를 넘어갈 수 있도록 만든다.

 :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

톱스핀의 결과로 볼에 붙어있는 펠트(볼에 붙어 있는 털, 볼의 구성 요소인 펠트는 회전할 때 주위의 공기를 더 많이 끌어들이는 역할을 한다)에 의해 공기도 같이 운반된다. 볼이 날아가는 동안 톱스핀 볼은 회전하는 공기층을 만든다. 이 회전하는 공기는 주변의 공기와 겹쳐지면서 저항을 만든다. 이것이 바람의 저항이다. (공기의 이동이 바람이므로 이것을 바람의 저항이라고 독일 테니스협회의 텍스트 북은 표현한다)

  톱 스핀 드라이브에서 바람의 저항은 볼의 상단부에서는 속도를 감소 시키고 하단부에서는 속도를 증가시킨다. 즉, 볼의 상단부에서는 느린 풍속으로 인해 압력이 증가하게 되고 하단부에서는 압력이 감소하게 된다. 이것이 베르누이 원리(-효과. Bernoulli effect)다. 

순회전으로 회전하는 톱 스핀 볼은 하단 부위의 압력이 낮다. 따라서 마그누스의 힘은 볼의 아래방향으로 작용하여 볼이 지면으로 급격히 휘어지게 만든다. 이와 반대로 백 스핀 드라이브는 볼의 상단 압력이 낮아 마그누스의 힘이 볼의 위쪽으로 작용한다. 

  마그누스의 힘은 볼이 날아가는 궤도에 영향을 미치는데 그 힘은 아래와 같은 3가지의 경우로 달라진다.
1. 볼의 속도가 빠를수록 마그누스의 힘은 커진다.
2. 볼의 회전량이 많을수록 마그누스의 힘은 커진다.
3. 공기의 밀도가 높을수록 마그누스의 힘은 커진다.

  볼의 스피드, 볼의 회전량, 공기의 밀도는 볼의 궤도와 직접적인 연관성을 가진다. 마그누스의 힘이 작용하는 양에 따라 볼의 궤적이 길어질 수도 짧아질 수도 있다. 같은 힘, 같은 각으로 볼을 임팩트 했을 경우 스핀이 없는 볼에 비해 스핀이 많은 볼의 궤적이 더 짧아진다. 빠른 출발 속도에도 안전한 높이로 네트를 넘어가게 하고 스핀 서비스가 플랫 서비스에 비해 서비스 박스 안에 좀 더 들어가게 할 수 있는 이유다.

  앞에서 언급했듯 마그누스의 힘은 3가지(스피드, 회전량, 공기밀도)에 따라 결정된다. 공기 밀도는 우리 힘으로 좌우할 수 없는 부분이다(물론, 실내냐 실외냐에 따라 공기의 밀도차가 생긴다). 그러나 볼의 스피드와 회전량은 우리가 의도적으로 변화시킬 수 있는 영역에 속해있다.

(다음 편에는 '톱 스핀은 어떻게 생기는가?' 마지막으로 '마그누스의 힘을 톱 플레이어들이 어떻게 합리적으로 적용 시켰는가' 입니다)

 기술 자문 : 박용국(NH농협은행 감독), 최천진(JTBC 해설위원), 이의권(토성초 감독),이재화(한국테니스지도자연맹 부회장), 신태진(신태진 아카데미 원장),