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[올림픽의 과학]인간은 왜 치타보다 빠를 수 없나

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[올림픽의 과학]인간은 왜 치타보다 빠를 수 없나

2021.07.28 12:46
인간이 뛸 수 있는 가장 빠른 속도는 시속 45km…미 연구팀 최고 시속 60km도 가능
Pixabay 제공
픽사베이 제공

올해 2020 도쿄 올림픽에선 이달 30일부터 육상 종목 경기가 시작된다. 세계에서 가장 빠른 '인간 총알' 우사인 볼트의 은퇴로 도쿄올림픽 육상에서 가장 큰 관심은 ‘포스트 볼트 시대’의 첫 스타가 누가 될지에 쏠려 있다. 미국의 트레이본 브롬웰은 지난달 미국 플로리다에서 열린 남자 100m 경기에서 볼트의 기록보다 0.19초 뒤진 9초77의 기록을 세워 기대를 한 몸에 받고 있다. 17세의 ‘천재 스프린터’로 불리는 미국의 이리언 나이턴은 미국 올림픽 대표 선발전 200m에서 19초84의 기록을 세워 볼트가 보유하고 있던 20세 이사 200m 세계기록인 19초93을 넘었다. 


현재 지구상에서 가장 빠른 인간은 자메이카의 우사인 볼트다. 지난 2009년 베를린 세계육상선수권대회 100m에서 9초58 기록을 세웠다. 이를 시속으로 환산하면 시속 약 45km에 이른다. 반면 지상에서 가장 빠른 네 발 포유동물인 치타는 시속 100km 이상으로 전력 질주할 수 있어 볼트보다 2배 이상 빠르다. 영양도 시속 90km 이상으로 달릴 수 있다. 멧돼지와 토끼도 최대 시속 60km 수준으로 달려 인간보다 훨씬 빠르다. 스포츠 과학자들은 인간이 과연 얼마나 빨리 달릴 수 있고 네발 동물보다 빨리 달리지 못하는 이유를 탐색해왔다.    

 

최근 두 발로 달리는 인간이 네 발로 전력 질주하는 동물보다 빨리 달릴 수 없는 이유가 다리의 수가 적고 척추의 가동성을 포함한 몸통 근육의 효율이 떨어지기 때문이라는 연구 결과가 나왔다. 

 

독일 쾰른대와 슈투트가르트대 연구팀은 포유동물의 달리기 속력에는 다리 개수가 큰 영향을 미치며, 이외에 다리 근육의 관성, 척추의 가동성, 공기 항력 등도 작용한다며 지구상의 모든 동물의 최대 달리기 속력을 계산할 수 있는 역할 모델을 공개했다. 

 
연구진에 따르면 포유동물에서 다리 개수는 달리기의 최대 속도를 결정하는 가장 기본적인 요소다. 인간이나 새처럼 두 발 동물이 네발 동물보다 달리기에 불리한 것은 다리 수가 적다는 신체적인 요건이 일차적으로 작용한다. 이는 곧 신체 근육 사용의 효율과도 연관된다. 


미카엘 귄터 슈튜트가르트대 교수는 “네발 달린 포유류는 추진력을 위해 몸통 근육을 사용해 질주할 수 있지만, 인간이나 새와 같은 이족 보행 동물은 몸통 근육을 효율적으로 사용하지 못한다”고 설명했다. 연구진의 모델을 이용하면 ‘반지의 제왕’에 등장하는 상상의 거대거미인 ‘쉘롭’은 다리 8개로 최대 시속 60km까지 달릴 수 있다.


포유동물에서 다리 개수가 4개로 동일한 경우에는 다리 근육이 내는 힘과 공기 저항 등이 달리기의 속도를 결정한다. 하지만 다리 근육이 크다고 무조건 유리한 것은 아니다. 가령 쥐와 코끼리는 둘 다 다리가 4개이지만 몸집이 큰 코끼리보다 몸집이 작은 쥐가 더 빨리 달린다. 이는 코끼리가 거대한 몸집을 유지하기 위해 두껍고 무거운 뼈를 가질 수밖에 없고, 이는 몸무게를 늘려 오히려 달리기에 불리한 요소로 작용한다. 


귄터 교수는 “동물이 너무 무거워지면 큰 근육이 수축하는 데 더 많은 시간이 걸려 전력 질주에는 도움이 되지 않는다”며 “몸무게가 50kg을 넘어가면 질주 속도는 다시 감소한다”고 밝혔다. 귄터 교수는 지상에서 가장 빠른 포유동물인 치타의 몸무게가 50kg 수준이라고 덧붙였다. 

 

사이언티픽 리포트 제공
일본 나고야공대 연구진은 치타가 척추를 구부렸다가(위) 다시 펴는(아래) 두 가지 유형의 동작을 통해 빠른 속도로 달린다는 연구 결과를 발표했다. 사이언티픽 리포트 제공

그간 과학계에서는 치타의 달리기 실력의 비결을 알아내기 위한 연구가 여럿 진행됐다. 일본 나고야공대 연구진은 올해 5월 5일 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’에 치타가 달리는 모습을 분석한 결과 척추를 구부렸다가 펴는 두 가지 유형의 움직임을 이용해 달리며 이런 움직임이 빠른 속도의 비결이라고 설명했다. 


지난해 미국 노스캐롤라이나주립대 연구진은 치타의 달리기 모양을 모방해 스프링으로 치타와 유사한 척추 운동을 하며 움직이는 소프트 로봇을 개발해 국제학술지 ‘사이언스 어드밴스’에 발표했다. 


2016년 미국 연구진은 이론상 인간이 가장 빨리 달릴 수 있는 속도는 시속 60km라는 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 내놓기도 했다. 달리기 속도를 끌어올리려면 땅을 박차는 힘이 중요한데, 이 힘을 극대화할 수 있는 최적의 근육량만 갖춘다면 인간도 시속 60km까지 낼 수 있다는 것이다. 

 

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