물에 넓게 닿을수록 몸이 잘 떠올라요

물속에서 '부력' 받아 뜨려면 같은 부피일 때 질량이 물보다 작아야
사람의 비중은 물의 비중과 비슷해 간단한 동작으로 헤엄칠 수 있어요
전진할 땐 물 끌어당기는 손 넓게 펴고 팔 내밀 땐 손바닥 세워 반작용 적게

"아이, 시원해! 너도 어서 물에 들어와!"

"아니…. 나, 난 수영을 못해서…."

일년 중 가장 더운 시기인 요즘, 많은 사람이 휴일을 이용해 강이나 바다, 계곡, 물놀이 공원을 찾아요. 무더운 날씨에 땀으로 몸이 흠뻑 젖으면 누구나 시원한 물에 풍덩 뛰어들고 싶은 충동을 느끼니까요. 하지만 우리는 물속에서 호흡할 수 없는 만큼 수영을 못하는 사람들은 물에 들어가기 전에 구명조끼, 튜브 등 보조기구를 착용하는 것을 잊지 말아야 해요. 보조기구를 착용하고 물놀이를 하는 것도 재미있지만, 그래도 맨몸으로 멋지게 수영하고 싶다는 마음은 누구나 같을 거예요. 그런데 알고 보면 수영은 그렇게 어렵지 않답니다. 사람은 누구나 가만히 누워 있기만 해도 물에 뜰 수 있기 때문이에요.

수영을 하려면 우선 물에 뜨는 것이 중요해요. 물속에서는 중력의 반대 방향인 위쪽으로 뜨게 하는 힘이 생기는데, 이것을 '부력(浮力)'이라고 해요. 모든 물체는 물속에서 부력을 받아 가벼워져요. 여기서 가벼움과 무거움이란, 물체의 전체 무게가 아니라 같은 부피를 가졌을 때의 질량으로 판단해요. 예를 들어 나무배와 쇠구슬을 비교하면 나무배가 훨씬 무겁지만, 같은 부피의 질량을 비교했을 때는 쇠구슬 쪽이 훨씬 무겁습니다. 그래서 물속에서 쇠구슬이 더 잘 가라앉지요. 즉, 어떤 물체가 물에 뜨는 정도를 계산하기 위해서는 일정 부피일 때의 질량이 중요한데, 이것을 '밀도'라고 해요. 밀도가 물보다 작은 물체는 자연스럽게 물에 뜬답니다.

▲ /그림=정서용

어떤 물체나 물질을 4도(물의 밀도가 가장 클 때 온도)인 물의 밀도와 비교한 값을 '비중'이라고 하는데, 비중이 1보다 크면 물에 가라앉고 1보다 작으면 물에 뜨지요. 사람 뼈의 비중은 2 정도이고, 피부와 근육, 각종 장기의 비중은 1보다 조금 높아요. 하지만 지방의 비중은 1보다 조금 낮아서 사람의 비중은 전체적으로 1에 가깝다고 해요. 체지방 비율이 높은 사람은 물에 뜨는 것이 더 수월하고요. 또한 가슴 부분은 폐에 공기가 드나들기 때문에 숨을 크게 들이마시면 물에 가라앉지 않고, 숨을 깊게 내쉬면 가라앉아요. 이것은 물고기가 부레를 부풀리거나 줄어들게 하여 위아래로 움직이는 원리와도 같답니다.

사람은 비중이 1에 가까운 만큼 간단한 동작으로도 헤엄칠 수 있어요. 똑같은 밀도를 가진 물체는 물과 닿는 면적이 넓을수록 부력을 크게 받아 물에 잘 떠요. 즉, 우리가 엎드리거나 누운 자세로 몸을 곧게 펴면 물에 가장 잘 뜰 수 있는 자세가 되지요. 특히 뒤로 누워 몸을 곧게 펴면 가슴 부분은 공기가 드나들기 때문에 더 쉽게 떠오르고, 고개는 위로 향하기 때문에 호흡도 가능해요. 하지만 상체가 뜨는 만큼 상대적으로 하체가 가라앉아 균형을 유지하기가 어렵지요. 이때 고개를 뒤로 젖히면 무게중심이 머리 쪽으로 이동하여 균형을 잡을 수 있답니다.

하지만 물에 뜨는 것만으로는 수영한다고 말할 수 없겠지요? 원하는 방향으로 이동할 수 있어야 진정한 수영이라고 할 수 있어요. 처음 수영을 배우는 사람들은 팔다리를 열심히 휘저어도 제자리인 경우가 많아요. 그 이유는 '작용반작용의 원리'를 제대로 활용하지 못하기 때문입니다.

우리가 점프할 수 있는 이유는 다리의 힘으로 땅을 밀어냈을 때, 땅도 우리의 몸을 밀어내기 때문이에요. 다리를 굽혔다 펴며 땅을 박차는 것을 '작용'이라고 한다면, 땅이 우리 몸을 반대 방향으로 밀어내는 것을 '반작용'이라고 할 수 있어요.

물속에서도 이런 원리가 작용해요. 손으로 물을 끌어당겨 뒤로 밀어내면, 물은 그만큼의 힘으로 사람의 몸을 앞으로 밀어내어 몸이 전진하게 되지요. 그런데 물을 끌어당기려고 팔을 앞쪽으로 움직이는 과정에서도 '반작용'이 일어나 몸이 뒤로 이동해요. 수영 초보자들은 이 원리를 생각하지 않고, 무턱대고 팔을 앞뒤로 휘젓기 때문에 몸이 전진과 후진을 반복하는 것이에요. 빠르게 전진하기 위해서는 물을 끌어당기는 힘을 최대로 하고, 그 반대의 힘은 최소화해야 한답니다. 물을 끌어당길 때는 손을 넓게 하여 물과 닿는 면적을 크게 하고, 손을 앞으로 내밀 때는 팔을 굽히고 손바닥을 비스듬히 하여 물에 닿는 면적을 작게 만들어야 해요.

수영할 땐 손뿐 아니라 다리의 동작도 중요해요. 다리를 상하로 움직여 하체를 위로 뜨게 하는데, 이때 몸이 일자로 펴지며 물의 저항을 적게 받는 자세가 만들어져요. 또한 다리를 들어 올릴 때는 뒤꿈치 쪽이, 내릴 때는 발등으로 물을 밀어내기 때문에 전진하는 데 도움을 주지요. 다리는 곧게 펼수록 좋은데, 몸이 일자형을 유지해야 더 빠르게 전진할 수 있어요.

어때요? 원리를 알고 보니 어쩐지 수영을 쉽게 배울 수 있을 것 같지 않나요? 실제로 원리를 생각하며 운동을 배우면 그렇지 않을 때보다 훨씬 빨리 숙련된다는 통계도 있답니다. 어떤 학자는 "과학 원리를 모르고 운동을 배우는 사람은 설명서 없이 제품을 사용하는 것과 같다"고 말하기도 했지요. 이것은 운동뿐만 아니라 음악, 미술 등을 배울 때도 마찬가지라고 해요. 여러분도 어떤 것을 배울 때 그 속에 있는 과학 원리를 먼저 찾아보세요. 그럼 배움이 더 재미있고 쉬워질 거예요.


[관련 교과] 4학년 1학기 '무게 재기' 5학년 2학기 '우리 몸' 6학년 2학기 '에너지와 도구'


[함께 생각해봐요]
고래나 돌고래처럼 폐로 호흡하는 수중 포유동물은 어떻게 물속에서 살 수 있는 것일까요?

해설: 수중 포유동물은 물속에 들어갈 때 사람과 마찬가지로 숨을 참은 채 잠수해요. 하지만 인간보다 폐활량이 높아 산소를 훨씬 더 많이 저장할 수 있기 때문에 오랜 시간 물속에 있을 수 있는 거예요. 하지만 고래도 물속에서 잠이 들면 죽을 수 있어요. 그래서 잠을 잘 때도 뇌를 반씩 사용하며 주기적으로 호흡하려 물 밖으로 고개를 내민답니다.

조선일보