A secret of a golf ball

[산업일보]
[골프데일리 최아름기자] 직경 42mm, 무게 45g의 골프 볼.
작고 가벼운, 몇 번 쓰다가 버릴 수밖에 없는 볼품없는 골프볼. 그렇다고 적당히? 아무거나? 더 나은 골프 실력을 원한다면 볼 선택에 좀 더 깐깐해질 필요가 있다. 1번 홀 티샷부터 18번 홀 퍼팅까지 모든 샷에 사용되는 단 하나의 장비는 바로 골프 볼이니까.

골프 볼은 신기술과 첨단과학의 결정체다. 볼 하나를 만드는데 나노 기술(10억분의 1 수준의 정밀도를 요하는 극미세가공 과학기술)을 접목하는가하면 기체역학 이론도 등장한다.
그렇지만 정작 골프공의 구조와 원리에 정통한 사람은 많지 않다. 골프샵에 가서 주인이 권하는 공을 무심코 집어 들거나, 선물 받은 공을 쓰는 경우가 대부분이다. 특히 골프 볼은 소모품이어서 클럽에 비해 당장 큰돈이 들지는 않는다. 타이거우즈가 사용한 볼이라도 골프 입문자가 언제든지 같은 브랜드 같은 제품을 사 쓸 수 있다. 골프 볼은 싸고, 그린은 열려 있으며, 코스는 도전을 기다리고 있다.
골프 볼 하나만으로도 스코어를 줄이고 싶다면 골프먼스리와 함께 골프공에 숨겨진 비밀을 파헤쳐 보자.

골프 볼의 역사를 알면 쉽게 사용할 수 있다!
최초의 골프라는 스포츠는 아주오래전 스코틀랜드 서부해안에서 시작되었다. 그 당시 골퍼들은 원시적인 장비로 경기를 즐겼으며, 정해지지 않은 에티켓과 불규칙한 방식으로 골프를 즐겼다. 엄밀히 말하자면 제일 오래된 골프클럽과 볼의 재료는 나무부터 만들어졌다.

15세기 사용한 훼더 볼(FEATHER BALL)은 영구에서 새의 깃털을 말과 같은 동물 등의 가죽에 채우고 봉합한 볼이며, 오늘날 골프 볼의 원조다. 직경 43~46mm, 무게는 35~40g이며 깃털을 채워 적당한 강도를 만들기 위해서 다량의 깃털이 필요했다. 1845년은 구타페르카 볼(GUTTA PURCHA BALL)시대로 본격적인 대량생산으로 접어들었다. 가격도 저렴하게 보급되었으며, 이로 인해 골프 볼이 전환기로 접어들었다. 천연나무 수액을 형틀에 넣어 만들었고 수명이 길고 비거리와 내구성 등이 훼더 볼보다 뛰어났다. 1869년대에는 딤플(DIMPLE)이 등장했다. 볼의 표면에 흠집이 생겼을 때 공이 더 멀리 날아간다는 사실을 발견하고 여기에 착안하여 딤플이 고안되었는데 이에 따라 표면에 흠집모양을 가공한 수제품 형태의 볼이 생산되었다.

1870년대에는 기계제작에 의한 딤플의 본격적인 가공으로 볼을 제조하기 시작하였으며, 이때 볼의 크기도 통일되어 볼의 기준이 서게 되었다. 1890년대는 고무코어의 등장으로 고무코어에 탄성 고무줄을 감은 중심의 표면에 커버를 입힌 하스켈볼이 등장하게 되었다. 이 볼은 직경 1.6~1.7인치, 중량 45g, 46.5g, 49g의 세 종류가 있었는데 이것은 현재 와인딩볼의 원조라 일컬어지고 있다. 특히 이 볼은 당시까지의 볼과 다른 획기적인 볼로 비거리에서도 50야드가 늘어나감으로써 그 당시 골퍼들에게 인기가 대단했다. 이를 모체로 1910년에는 영국의 던롭사(社)가 공의 표면에 원형을 딤플을 넣은 공을 개발했는데 이것이 근대 볼의 시초라고 한다.

이후 공에 대한 소재와 구조 등 과학적으로 많은 발전을 하였는데 1921년 영국의 R&A사에서 직경 41.15mm, 중량 45.93g 등으로 볼의 규격이 처음으로 통일되었다. 그리고 1931년 미국골프협회(USGA)에서 직경 42.67mm, 중량 45.93g 등으로 정하여 현재에 이르고 있으며, 1942년에는 골프공의 타구속도 규제(250ft/sec+2%이하)를 설정했다. 또한 1966년에는 미국의 J.R Bartsch가 볼 전체의 구조가 고무와 수지로 된 복합체의 1Piece ball을 발명하였으며, 1970년대 이르는 R&A에서도 볼의 타구속도를 규제하여 현재에 이르고 있다. 골프공은 그 볼의 크기에 따라 스몰볼, 라지볼로 구분하는데 스몰사이즈는 영국계의 규격으로 일명 잉글리쉬 사이즈라 하며, 라지 사이즈는 미국계 규격으로 아메리칸 사이즈라고 한다. 수십 년 동안 고식경기에서는 라지, 스몰볼 등 어느 공이나 사용할 수 있었지만 1977년 프로의 공식경기에서는 미국식에 따라 라지볼로 지정하게 되었다.


골프 볼에는 어떠한 구조가 숨어있어?
골프 볼은 맨 속에 알맹이인 중심 코어(core)와 이 코어를 중간에서 감싸고 있는 중간재를 말하는 맨틀(mantle), 그리고 맨 바깥의 딤플이 있는 커버(cover)의 3개 층으로 구성되어 있다. 어느 것 하나 중요하지 않은 구조는 없겠지만 이 중에 가장 중요한 구조가 있으니 딤플(Dimple)이다. 딤플은 볼의 표면에 원형 또는 다각형으로 움푹 파인 홈을 말한다. 골프 볼의 생명은 딤플에 있다. 딤플의 모양과 크기, 숫자에 따라 타구 후 공의 높이와 비거리가 좌우된다. 골프 볼 표면에 인쇄된 ‘422’와 같은 숫자가 딤플의 수를 나타낸다.

클럽으로 때린 공에는 역회전이 걸리는데 이때 양력(공이 떠오르게 하는 공기의 힘)을 만드는 것이 딤플이다. 공의 회전에 따라 공 윗부분과 아랫부분의 압력차가 발생하는 탓이다. 프로골퍼들이 친 공이 쭉 뻗어나가다 다시 솟구치는 이유도 딤플에 있다. 골프 볼은 비행 초기에는 클럽 충격 때문에 딤플에 상관없이 날아가다가 힘이 떨어지면 딤플 덕분에 다시 힘을 받게 된다. 골프 볼의 공기 방향과 반대로 흐르는 아래쪽 공기는 속도가 느려지고, 위쪽 공기는 반대로 빨리 흘러 볼을 뜨게 하는 양력이 발생한 것이다. 단 골프 볼이 강한 역회전을 받고 날아가야 한다. 딤플이 있는 공은 공기의 저항을 줄여 볼이 높게 뜨도록 하는 양력이 커 비거리가 향상된다. USGA에 의하면 딤플이 있는 볼과 없는 볼을 비교할 때 같은 조건 하에서 딤플 볼이 260야드를 날아간다고 하면 딤플이 업는 볼은 150야드를 날아간다고 한다.

그러나 딤플의 수는 일정한 수를 기준으로 할 때 무작정 숫자가 많다고 해서 비거리가 배로 늘어난다는 것은 아니다. 단지 볼은 적절한 딤플의 배열에 의하여 경쾌한 터치감과 더불어 필링이 전해지고 탁월한 탄성과 스핀 효과에 의해 정확하고 보다 긴 비거리를 내는 것이다. 일반적으로 직경이 크고 깊이가 얕은 딤플은 공을 높게 뜨게 하는 양력을 도와주어 비거리를 늘려주는 역할을 하고, 직경이 작고 깊이가 깊은 딤플은 비행 안정성을 도와주고 탄도를 낮추게 하는 역할을 한다.

골프 볼의 재질은 무엇?!
골프 볼의 재료는 크게 천연고무와 플라스틱 계통으로 이루어져 있다. 코어는 합성고무와 화학물질을 혼합하여 만들고, 내부 층은 아이오노머와 화학물질이, 외피는 라발론 엘라스토머나 설린, 우레탄 등이 쓰이고 있다. 2피스 볼의 80% 이상이 설린을 사용하는데, 내구성이 좋으며 딱딱한 성질을 가지고 있어 비거리가 좋다. 3피스 볼은 현재 우레탄을 많이 사용하는데 푹신한 운동장의 트랙에 쓰이듯이 성질이 부드럽고 얇게 가공이 가능해 커버로 각광받고 있다.

발라타(BALATA)는 남미에서 자생하는 파라큐엄이라는 열대성 나무에서 추출한 고무원액으로 코기 발라타 볼은 천연고무 발라타로 사용했다. 오늘날 발라타 공이라고 불리는 커버 소재는 천연 발라타가 아니며 그것과 흡사한 합성 고무소재이다. 발라타 커버의 볼은 표면의 내구성이 설린보다 떨어지나 타구감은 훨씬 뛰어나다. 소프트한 커버는 임팩트 시 클럽페이스와 접척시간이 상대적으로 길기 때문에 스핀량이 많아져 컨트롤이 뛰어나다. 그러나 3홀만 돌아도 볼 형태가 변형되는 등 내구성이 약하다는 결정적인 흠이 있다. 때문에 합성 발라타, 리튬, 설린 등 리튬 설린 등 대체 소재의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

자일린(ZYLIN) 설린을 개량한 물질로 타구감은 발라타와 비슷하고 스핀성능도 설린과 비교해 떨어지지 않으며, 컨트롤도 발라타와 비교해 손색이 없다. 설린(SURLYN)은 1967년 미국 듀퐁사에서 개발되어 이듬해 투피스 볼 커버로 사용되기 시작했다. 발라타에 비해 단단해 내구성이 뛰어나다. 설린은 컨트롤 위주의 투피스 볼 커버로 가장 많이 사용되고 있다. 현재까지 대다수의 공이 이 설린을 커버로 채택하고 있다.

골프 볼에도 종류가 있다고?!
어떤 이는 좋은 골프 볼은 비거리가 좋은 것이라 하고, 또 다른 이는 컨트롤이 잘 되는 볼이 좋은 볼이라고 말한다. 그렇다면 비거리와 컨트롤이 다 잘되는 볼은 없을까. 딱딱한 볼과 부드러운 볼이 있다. 과연 어떤 볼이 멀리 날아갈까? 당연히 딱딱한 볼이다. 컨트롤이 쉽고 잘 멈춰서는 볼은 부드러운 볼이다. 골프 볼은 드라이버로 쳤을 때는 멀리 날아가고, 퍼팅을 할 때는 원하는 곳에 멈추게 하는 컨트롤 능력이 필요한데, 어떻게 딱딱하면서도 부드러운 두 가지 상반된 성질을 동시에 수용할 수 있을까.

골프 볼 메이커들은 고민 끝에 압축 정도와 2피스, 3피스라고 말하는 볼의 구조와 그 두께를 달리해 두 가지 조건에 부합하는 볼을 연구하기 시작했다. 그 결과 성질이 다른 두 개의 코어나 커버에 소재, 두께를 변화시켜 두 가지 특성을 지닌 볼을 만들어 냈다. 이것이 다양한 볼을 만들게 된 근본적인 이유다.

원피스 볼(One Piece Ball)은 전체가 고무와 수지의 복합 고탄성체로 형성되어 있어 타구 감각이나 감촉, 비거리 스핀에 있어서 뒤떨어지지만 값이 싸서 연습장이나 볼을 잃어버리기 쉬운 비기너들에게 많이 사용되고 있다. 투피스 볼(Two Piece Ball)은 경질 고무로 만든 주심에 강화커버를 희운 것으로 이러한 투피스 볼은 단단하고 공의 반발력이 세기 때문에 잘 날아간다. 반면에 볼의 회전수가 느리고 스핀을 걸기 어렵기 때문에 그린 위에서 볼을 세우기 어려운 단점이 있다. 스리피스 볼(Three Piece Ball)은 하나의 심을 2개의 커버로 싼 3중 구조로 심은 부드럽게 한 반면 커버를 두 겹으로 했기 때문에 투피스 볼보다는 비거리는 떨어지지만 부드러운 타구감을 얻을 수 있다. 또한 볼의 회전수가 많기 때문에 볼의 컨트롤이 용이하며, 프로골퍼와 싱글 골퍼들 사이에 널리 사용되고 있다. 포피스 볼(Four Piece Ball)은 2피스의 거리와 3피스의 방향성을 모두 실현시키기 위해 고안된 프리미엄 제품으로 가격도 비싸지만 기술력이 받쳐주지 못하면 만들기 힘든 볼이다.

골퍼들에게 맞는 골프 볼 강도가 있다고?!
우리가 보통 골프 볼을 보면 100, 90, 80 등으로 표시된 것을 볼 수 있는데 이것은 볼의 압축강도(Compression)를 뜻하는 것으로 볼의 표피를 일정한 깊이(2.5mm)로 압축할 때 필요로 하는 무게의 표시(kg)라고 할 수 있다. 즉, 100이 표피가 가장 딱딱하고 숫자가 낮아질수록 부드러운 것이라고 할 수 있다. 또한 골프 볼에 적혀있는 볼 번호는 라운드할 때 자신의 볼과 동반자의 볼을 식별해 주는 역할을 하며 그 볼의 압축강도를 표시한다. 압축강도 100을 나타내면 검정색, 90은 붉은색, 80은 푸른색이다.

일반적으로 볼이 단단할수록 임팩트 시 반발력이 커져서 비거리가 많이 나오게 되는데 이 반발력을 살리기 위해서는 그에 상당하는 헤드스피드가 필요하다. 또한 경도가 낮은 볼은 임팩트 시에 클럽과의 접촉시간이 길어져서 백스핀이 많이 걸리고 힘이 약한 사람이 볼을 쳐냈을 때에도 볼이 잘 맞고 방향성도 뛰어난 경향이 있다. 또 이 압축강도는 기온의 영향을 받는다. 겨울철에는 볼의 중심부까지 차가와지고 단단해져서 100까지 올라가기도 하고, 한여름에는 80으로 내려가기도 한다. 그러므로 계절에 따라 다른 컴프레션을 사용하는 것은 그만큼 도움이 된다.

그렇기 때문에 골프의 공인구를 테스트 할 때 섭씨 23도 ±1도의 허용오차를 기준으로 하는 이유가 바로 기온이 골프 볼의 탄성에 영향을 미치기 때문이다. 한 연구에 의하면 43도의 온도에서 드라이버로 캐리를 227야드 보낼 때 32도에서는 223야드, 25도에서는 220야드, 15도에서는 218야드, 10도에서는 210야드, 5도에서는 200야드 등의 현저한 차이를 보였다고 밝히고 있다. 그래서 일까. 가끔 TV에서 경기를 보면, 추운 날씨에 선수들이 손에 볼을 쥐고 서 있는 모습을 보게 된다. 이는 선수들이 온도에 따른 골프공의 강도변화에 대해 어떻게 대처하는지 보여주는 것이다. 다른 영향 변수들도 있겠지만 특히 추운 기온에서는 영향이 분명히 있다고 보아야 할 것이다.

Tip. 골프 볼 제작과정
1. 원재료 구하기
골프 볼을 고무나무에서 나오는 액체(라텍스)로 만들던 시대가 있었다. 고무나무는 대부분 말레이시아산(産)으로 세계 고무 생산의 95%가 아시아에서 나온다. 제2차 세계대전 초까지 합성고무는 소량 생산되고 있었으나, 전쟁이 끝난 후 고무 산업이 크게 번성하게 되어 1960년에는 합성고무 생산이 천연고무를 앞지르게 됐다. 현대의 골프 볼은 모두 합성고무로 만든다.

2. 합성고무 제조
대부분의 합성고무는 지난 50년 동안 사용해 온 방법으로 제조된다.

3. 고무에 화학물질을 첨가한다
고무의 원자재는 그대로 사용할 수 없다. 여러 가지 화학물질을 첨가해 합성고무의 탄력성ㄷ에 변화를 가한다. 어떤 화학물질을 섞으면 수플레 요리처럼 부드러워지고, 또 다른 화학물질을 섞으면 골프 볼처럼 단단하게 된다. 각 제조사들은 자기들만의 고유한 합성 방법으로 고유한 특성을 가진 볼을 만들어 낸다.

4. 새 디자인 및 아이디어 개발
연구개발팀은 선수들의 볼에 대한 희망사항을 나열해 놓고 거기서 새로운 아이디어를 찾아내려고 노력한다. 보통 4~5개의 아이디어를 가지고 일을 시작한다. 열 명 정도의 프로젝트팀이 결성되면, 새로운 볼을 제작하기 시작한다.

5. 원형 볼을 개발한다
프로젝트팀은 원형 볼 만드는 일을 시작한다. 미국골프협회에서 사용하는 공기역학 시험 장비를 사용한다. 이것은 공기총으로 볼을 발사해 메탈 블록에다 부딪쳐서 튀어나오는 임팩트 순간을 포착하는 것이다. 또한 선수들에게 이 볼을 시험해 보게 한다.

6. 합성물을 섞는다
실제 볼을 만들 준비가 되면 10~12가지의 혼합물을 섞어 적절한 포뮬러를 만들어 낸다. 만드는 볼의 종류에 따라 합성물의 종류가 다르지만 모든 볼에는 부타디엔과 징크 디아크릴레이트가 꼭 첨가된다. 징크 디아크릴레이트는 코어를 형성하는데 도움을 준다. 코어 재료는 컬러로 코드화되어 있고, 거대한 혼합기계에서 혼합된 다음 단단한 고무로 사출된다. 이것을 적당한 크기로 잘라서 볼의 초기 형태를 만드는 것이다.

7. 몰딩(주형)공정
초기 형태의 합성물은 압축 프레스의 반구형 몰드에 운반되고, 거기서 150℃로 15~20분 동안 열을 가하면 고무에 화학반응을 일으켜 골프 볼의 코어가 된다. 2피스 볼을 만들 경우는 이것이 완제품이기 때문에 외피 처리만 하면 된다. 반면에 3피스나 4피스 볼일 경우는 다른 종류의 고무나 가소성 레이진을 추가로 코어에 몰딩한다.

8. 코어의 껍질 처리
코어가 만들어지면 이것을 식혀서 같은 사이즈로 자르고 끝마무리를 한다. 2피스 볼의 외부 껍질과 3피스나 4피스 볼의 내부 껍질에는 설린이 사용된다. 고급 볼의 외부 껍질은 우레탄 엘라스토머로 만든다. 딤플은 껍질 몰드에 캐비티를 새겨 넣어 만든다.

9. 끝마무리
이렇게 만들어진 볼은 무두질하는 기계로 보내지는데, 컵 같은 형체에 넣어 껍질에 붙어 있는 찌꺼기를 털어 낸다. 그 다음 압축공기로 청소를 하고 나면 남는 과정은 인쇄와 코팅뿐이다. 숫자와 상표가 먼저 인쇄된 다음 우레탄 코팅을 입힌다.

Truth or Misunderstanding
1) Q : 딤플이 많을수록 좋다?
A : No. 골프 볼이 멀리 날아가는 건 울퉁불퉁 파인 딤플 덕이다. 딤플은 공기의 저항을 줄여주고 양력을 발생시켜 주는 역할을 한다. 딤플의 숫자나 배열 모양, 크기 등도 각기 다르며 한 개의 골프 볼에도 여러 종류의 딤플이 있다. 딤플의 숫자는 보통 300~450개 내외가 보통이며 숫자가 많다고 해서 좋은 볼은 결코 아니다.

2) Q : 볼이 작고 무거울수록 멀리 날아간다?
A : Yes. 정식 대회에서 사용되기 위해서는 미국의 USGA와 영국 R&A의 공인을 받아야 한다. 이는 볼이 작고 무거우면 멀리 나가기 때문에 이를 제한하기 위한 목적이다. 그러나 작고 무거운 볼을 누구나 쳐도 멀리 나가는 것은 아니다. 이는 골퍼의 헤드 스피드와 관련이 있는데 스윙 스피드가 빠른 골퍼가 쳤을 때는 분명히 멀리 나간다. 그러나 여성골퍼, 시니어 그리고 남자골퍼 중에서도 헤드 스피드가 느린 사람은 오히려 공인구보다 비거리가 떨어지는 경우도 있다. 이는 볼의 초기 속도를 빠르게 타구하는 경우에는 비거리가 늘지만 볼의 초기 속도가 느린 경우에는 볼의 무게가 비행에 오히려 역효과를 나게 할 수도 있기 때문이다.

3) Q : 백스핀이 없으면 훨씬 멀리 날아간다?
A : No. 백스핀이 과도하게 걸리면 탄도는 높지만 비거리가 줄어든다. 아마추어 골퍼들은 대부분 과도한 백스핀 때문에 곤란을 겪는다. 그러면 ‘백스핀이 아예 없거나 적으면 더 멀리 날아가지 않을까’라는 생각도 든다. 하지만 전혀 그렇지 않다. 백스핀이 과도하게 적을 경우 볼은 공기저항에 의해 쭉 뻗어나가지 못하고 중간에 뚝 떨어지고 만다.

4) Q : 비싼 골프 볼이 좋다?
A : No. 유명 프로선수들이 즐겨 쓰는 볼을 사용했더니 되레 거리가 줄었다는 이야기를 어렵지 않게 들을 수 있다. 이는 일부 다중층 구조의 볼이 프로골퍼 수준인 시속 105마일 이상의 헤드스피드에서 비거리 성능을 제대로 발휘하기 때문이다. 경도나 커버 재질에 따라 달라지는 스핀의 양도 거리를 떨어뜨릴 수 있다.

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