흥미롭고 재미있는 스케이트와 얼음의 비밀

오늘은 날씨가 추워진 만큼 동계 스포츠중에 스케이트에 대해 알아보겠습니다.

겨울철 하나의 스포츠와 레저로 자리 잡은 스케이트의 역사는 석기시대로 거슬러 올라가는데요.

석기시대에 동물의 뼈를 사용하여 얼음판 위의 운반수단으로 활용한 흔적이 있습니다.

이후 스케이트는 점차 발전을 하여 1892년 국제 스케이트연맹이 만들어졌고 현재 피겨, 스피드 스케이팅 등 동계올림픽의 대표적인 종목으로 자리 잡았습니다.

얼음 위에서 부드럽게 미끄러지는 스케이트에는 다양한 과학적 원리가 숨어 있습니다.

오늘은 스케이트와 얼음사이 작용 원리에 대해 알아보겠습니다.

스케이트와 얼음

1. 스케이트 날의 압력

아시다시피 물은 0℃이하 일 때 얼고 100℃ 이상이면 끓게 됩니다.

하지만 물은 압력에 따라서 0℃ 이하임에도 불구하고 액체상태로 존재할 수 있는데 , 이는 물의 특수한 인력인 수소결합 때문입니다.

물이 얼음으로 존재할 수 있는 이유는 물분자가 수소결합의 인력에 의해 결정배열이 육각형의 격자구조로 정렬되는데 얼음은 이러한 안정된 격자 구조로 인해 고체상태로 존재하게 됩니다.

※ 수소결합

수소가 F(플루오린), O(산소), N(질소)와 공유결합된 형태로서 F, O, N의 전기음성도가 수소보다 크기 때문에 발생하는 현상

→ 물의 경우 산소는 음전하(-)를 띠고 수소는 양전하(+)를 부분적으로 띈다. 

하지만 수소결합은 강한 공유 결합은 아니기 때문에

외부로부터 강한 압력을 받게 되면 수소결합이 끊어질 수 있습니다.

외부로부터 강한 압력을 주는 경우 → 스케이트 날과 같이 좁은 면적에 사람의 무게를 가하게 되면 날이 닿는 얼음의 압력은 높아지게 됩니다.

이때, 부분적으로 얼음을 형성하던 수소결합이 끊어지게 되는 것이죠.

결국 얼음의 어는점은 내려가게 되면서 물(액체)로 녹게 되고 얼음과 스케이트날 사이의 마찰력을 줄여주게 되어 잘 미끄러지는 것이죠.

2. 빙질

2018년 평창 동계 올림픽 당시 아이스링크장의 빙질이 세계적으로 극찬을 받았었습니다.

이 빙질에 따라 선수들의 기량이 달라질 만큼 스케이트를 탐에 있어서 매우 중요한 요소입니다.

아이스링크장의 얼음은 하나의 거대한 얼음이 아니라 0.2mm의 얇은 얼음 수백 개를 층층이 쌓인 구조로 형성되어 있습니다.

한 번에 많은 양의 물을 뿌려 얼음을 만들게 되면 얼음 안의 공기로 인해 기포가 형성되게 되고 결국에는 강도가 약해지게 됩니다.

또한 평창 올림픽 당시에는 조명으로 인해 얼음이 녹지 않도록 세계 최초로 조명을 LED로 교체하여 발열로 인한 피해를 최소화하였습니다.

오늘은 스케이트와 얼음, 그리고 빙질의 형성에 대해 알아보았습니다.