골프클럽 - 관성 모멘트

골프클럽 관성 모멘트

골프클럽을 설계할 때 많이 적용되는 이론이 관성 모멘트 이론이다. 어는 브랜드건 광고 문안을 보면 관성 모멘트를 언급하고 있슴을 볼 수 있다. 이렇듯 골프클럽에서 중요한 관성모멘트에 대해 정리해 보고자 한다.

그러면 관성 모멘트란 무엇인가?

운동 법칙 중 제 1법칙을 관성 모멘트라고 한다. 이것은 움직이는 모든 물체는 외부에서 힘이 가해지지 않는 한 계속 움직이려 하고 정지해 있는 물체는 외부에서 힘이 가해지지 않는 한 계속 정지해 있으려고 한다는 것이다. 이러한 관성의 특징에 의해 발생되는 관성력을 예를 들어보자.

자동차를 타고 가다가 급정거를 하면 몸은 가던 방향으로 쏠리게 되며 뒤에서 추돌하면 몸은 뒤로 쏠려 이 힘이 강할 때는 몸을 스스로 통제하지 못하고 다치는 사고가 발생한다. 이 힘이 강할 때는 몸을 스스로 통제하지 못하고 다치는 사고가 발생한다. 이힘을 관성이라고 한다. 이 관성력의 특징은 예를 든 것처럼 급정거나 뒤에서 추돌하는 것과 같이 발생시키는데 힘을 필요로 하지만 한번 발생되면 통제하기가 그만큼 어렵다. 이러한 관성력이 회전체에서 작용하는 것이 관성 모멘트다. 그래서 모든 회전하는 물체에 관성 모멘트가 발생하게 되는 것이다. 이러한 관성 모멘트의 구성요소는 질량과 거리이며 단위는 gcm2으로 나타난다. 즉 질량 x 거리의 제곱이 된다. 이러한 특징을 염두에 두고 골프클럽에 적용하는 것을 설명하면 빠르게 이해될 것이다.

clear=all>일반적으로 세가지 경우에 관성모멘트 발생

그러면 골프클럽의 어떤 부분에서 관성 모멘트가 발생될까?는 어떤 회전 요소가 있을까?를 생각해 보면 될 것이다. 다음과 같은 세 가지의 경우가 발생된다. 첫째는 그립 끝을 중심으로 클럽 전체가 회전할 때 발생되는 관성 모멘트, 둘째는 샤프트의 추 중심을 중심으로 헤드가 회전할 때 발생되는 관성 모멘트. 셋째는 헤드의 무게 중심을 중심으로 헤드 자체에서 발생되는 관성 모멘트. 그럼 각각의 경우 골프클럽에 어떻게 적용되는지를 생각해 보자. 골프클럽 전체의 관성 모멘트는 클럽을 휘두를 때 나타나는 것으로 너무 크면 앞에서 본바와 같이 최초의 스윙을 하기가 어려우며 스윙 도중에 컨트로할 수 없게 된다. 여기서 관성 모멘트를 결정하는 요소는 클럽의 무게, 스윙 밸런스, 클럽의 길이로 자신의 힘에 비해 클럽이 너무 무겁거나, 스윙 밸런스가 높거나 길이가 길면 관성 모멘트가 너무 커서 클럽을 잘 다루지 못하게 된다. 특히 길이는 제곱으로 비례하기 그만큼 스윙에 부담이 오게 된다.

그래서 이 관성 모멘트 관점에서만 보면 작을수록 즉 클럽이 가볍고 짧을수록 휘두르기 쉽다. 그러나 골프클럽이 쉽게 칠 수 있는 것만 고려할 수는 없고 더 많은 비거리를 내야하기 때문에 비거리를 내려면 길이를 길게 해서 헤드 스피드를 증대시켜야 한다. 그래서 비 거리를 내기 위해 길어지려면 가벼워지는 것이 필수다. 최근 헤드, 샤프트, 그립 등이 앞다퉈 가벼워지는 원인이 여기에 있다. 또 여기서 생각할 수 있는 것은 동일한 관성 모멘트를 갖게 하려면 드라이버에서 숏아이언까지 동일하게 휘두르는 것이 용이하기 때문에 세트의 구성이 그만큼 중요한 것도 알 수 있다. 이를 위해서 이전 호에서 설명했던 것처럼 무게의 밸런스를 적절하게 유지해 세트를 구성해야 한다.

관성 모멘트가 작을 수록 클럽을 다루기 쉬워 

샤프트 축 중심의 관성 모멘트는 샤프트 축을 중심으로 헤드가 회전하면서 발생되는 것으로 스윙 할 때 톱스윙 이후 다운스윙을 하면서 임팩트 순간까지 헤드가 열려 있다가 스퀘어로 돌아올 때 발생되는 관성 모멘트다. 이 관성 모멘트도 작을 수록 다루기 쉽다. 이 경우 관계되는 요소는 헤드의 무게와 중심거리다. 헤드의 무게 측면에서 보면 최근 가벼워지는 것도 이와 연관시켜 해석할 수 있다. 그러나 중심거리는 작으면 다루기 쉬워도 비거리를 볼 때 큰 것이 좋다. 왜냐하면 열려 있던 헤드가 스퀘어로 돌아와 임팩트할 때 헤드의 토우 쪽과 힐 쪽이 각속도로는 동일한 시간에 이뤄지기 때문에 선속도로는 움직이는 양이 많은 토우쪽이 빠르다. 그래서 비거리는 힐쪽보다 토우 쪽에 맞는 것이 더 많이 나가게 된다. 또한 숏어프로치할 때는 헤드의 회전이 거의 없지만 긴 클럽, 큰 스윙을 할 때는 헤드의 회전량이 많아지는 것은 이미 알고 있는 바이다.

이처럼 클럽이 길어지면 헤드의 움직이는 양이 많아서 그만큼 스윙할 때 컨트롤을 잘 해야 한다는 문제가 발생된다. 그래서 일반 골퍼는 중심거리를 크게 해 관성 모멘트를 오히려 크게 함으로써 헤드의 움직임을 줄여주는 것이 비거리는 물론 방향성도 유리한다. 프로골퍼라면 이 관성 모멘트가 적은 클럽이 기술적인 샷을 구사하는데 유리할 것이다. 그래서 프로골퍼의 헤드 크기는 일반 골퍼들보다 작은 것을 사용하게 된다. 아이언의 중심거리는 드라이버와 비슷한데 비해 헤드의 무게는 번호에 따랄 50 - 1백g이 무거워 관성 모멘트가 더 크게 된다. 그래서 헤드의 회전이 그만큼 늦게 괸다. 이를 해결하는 것이 페이스 옵셋(off-set)을 크게 한 구즈넥 설계로 임택트 타임을 늦춰주는 것이다.

clear=all>샤프트 축 중심 관성 모멘트는 골퍼에게 큰 것이 좋아

동일한 세트에서 롱아이언은 옵셋의 양을 숏아이언보다 크게 설계하는 것도 이 이론에 접근할 수 있다. 롱아이언은 토우 밸런스, 숏아이언은 힐 밸런스로 설계하는 것도 롱아이언은 헤드가 움직이는 양을 줄이고 숏아이언은 컨트롤을 용이하게 하기 위한 것, 마지막으로 헤드 자체에서 발생되는 관성 모멘트는 볼이 헤드에 맞는 순간 발생하는 것이다. 이 관성 모멘트는 볼의 헤드의 정 중심에 맞는다면 발생하지 않는다. 그러나 아무리 정확한 골퍼라도 정 중심에맞출 수 없다. 그래서 이 관성 모멘트도 사실은 늘 발생하는 것이다.

이 관성 모멘트는 발생하지 않는 것이 좋기 때문에 그만큼 클수록 좋다고 할 수 있다. 이관성 모멘트가 클수록 정 중심에서 벗어나 볼을 맞아도 관성 모멘트가 발생되지 않기 때문에 그만큼 헤드의 스위트스폿이 커지게 된다. 그래서 힘이 집중되기 때문에 비거리도 더 나가고 방향성이 좋아지는 것이다. 이 관성 모멘트가 커지기 위해서는 헤드를 무겁거나 크게 해야 하는데 헤드를 무겁게 하는 것은 관성 모멘트의 특성상 그립 끝을 중심으로 클럽 전체가 회전할 때 발생되는 관성 모멘트와 샤프트의 추 중심을 중심으로 헤드가 회전할 때 발생 되는 관성 모멘트는 바람직하지 않고 헤드를 크게 하는 방법 밖에 없다. 지금까지 설명한 내용ㅇ을 요약하면 클럽 전체의 관성 모멘트는 작을 수록, 헤드 자체의 관성 모멘트는 클수록 이점이 있으며 샤프트 축 중심 관성 모멘트는 골퍼의 특성에 따라 차이가 있어야 하지만 골퍼에게 큰것이 좋다.

clear=all> 이러한 이론적인 근거에 의해서 골프클럽의 변화 추세는 가벼워지고 길어지며 헤드는 커지는 것이다. 이런 추세에 맞추려고 헤드 소재가 개발되고 제조 기술이 발전되며 샤프트와 그립 역시 마찬가지라고 할 수 있다. 최근 드라이버의 헤드 소재로 주류를 이루는 것은 티타늄, 티타늄은 소재가 갖는 반발력이나 강도 등의 장점보다 비중이 일반 스테인레스의 60%정도로 가벼우면서도 그 이상의 강도를 갖고 있기 때문에 지금까지 나온 다른 소재보다 앞에서 설명한 이론을 적용하는데 적합하다.

다시 말해 티타늄이 가볍기 때문에 헤드가 커질 수 있었고 헤드가 커질 수 있었기 때문에 스위트스폿이 커지고, 스위트스폿이 커짐에 따라 장착화가 가능해 비거리와 방향성을 동시에 확보한 것이다. 헤드 크기의 변화가 적은 아이언은 종래 뒷면이 밋밋한 머슬백 형태에서 캐비티백 형태로 바뀐 것도 중심 거리를 크게 하려는 관성 모멘트 이론에 근거한 것이다. 이처럼 관성 모멘트야말로 골프클럽의 가장 중요한 이론적인 근거이므로 이 이론에 보다 근접한 골프클럽을 만들기 위해 앞으로도 소재 개발이나 기술 개발이 계속 이어질 것으로 보인다.