비행기는 보통 매우 매끄러운 표면과 유선형 모양으로 만들어집니다. 그러나 골프공은 그 반대입니다. 골프공은 약 300개의 작은 구멍이 있는 표면을 가지고 있습니다. 그렇다면 골프공은 왜 이렇게 만들어졌을까요?
“마르면서 날아가기”는 골프공이 더 높이고 멀리 날아가게 해줍니다. 현재 세계적으로 인기 있는 다양한 구멍이 있는 공 중에서도 골프공은 역사적으로 오랜 기간 동안 인기를 얻어왔고, 약 500~600년의 역사를 가지고 있습니다. 가장 초기의 골프공은 나무로 만들어졌으며, 나중에 가죽으로 만들어져 깃털로 채워졌습니다. 그러나 이러한 공들은 물에 들어가거나 이슬에 의해 습해질 때 무게가 변하는 큰 단점이 있었습니다. 1845년부터 고무나 플라스틱으로 만들어진 매끄러운 구멍이 있는 공이 등장했는데, 이는 물에 의해 무게가 변하는 것을 방지할 수 있었습니다. 그러나 다른 문제가 발생했는데, 공을 구멍으로 채운 후 비행 거리가 대폭 줄어들었습니다. 원래의 가죽 공은 비록 거칠었지만, 비행 거리가 더 멀었습니다. 왜 표면이 매끄러워지면 비행 거리가 짧아지는 것일까요?
공이 공기 중에서 더 천천히 비행할 때, 공 근처의 공기 분자들은 대부분 공의 표면을 따라 흐르며, 공에 대한 저항은 주로 공의 점착 저항으로 구성되어 있습니다. 그러나 공이 더 빠르게 비행할 때, 공의 뒤쪽에는 대칭적인 회전이 발생하며, 공 근처의 공기 분자들은 공의 표면을 따라 한 번 흐른 후 공의 표면에서 멀리 갈 수 있습니다. 이는 경계 層 분리라고도 불립니다. 경계 층 분리는 항상 회전과 함께 발생합니다. 회전의 중심에는 낮은 압력이 있고, 바다의 큰 회전 근처에 있는 물체는 회전에 끌려들어가게 됩니다. 이는 많은 재난 영화에서 보여집니다. 공의 뒤쪽에는 저항이 매우 적은 회전이 있고, 공의 앞쪽에는 더 큰 저항이 있습니다. 이러한 저항 차이로 인해 공은 큰 저항을 받게 됩니다. 일반적으로, 공의 비행 속도가 빠를수록 경계 층 분리가 더 빠르게 일어나며, 공의 뒤쪽에 형성되는 회전 영역이 더 커지고, 이로 인해 저항이 더 커집니다. 근본적으로, 비행하는 공의 경계 층 분리 현상은 공의 점착 때문에 일어납니다.
매끄러운 공의 표면에서, 경계 층 분리가 일찍 일어나서 앞 뒤 압력 차이로 인한 저항이 매우 크기 때문에, 가죽에서 플라스틱으로 골프공을 바꾸니 비행 거리가 크게 줄어들었습니다. 이에 따라 사람들은 골프공을 “마르게 만들었습니다”, 즉 표면에 작은 구멍이 많이 있게 만들었습니다. 마르은 골프공은 구멍 근처에서 작은 회전이 일어나며, 공 근처의 공기 분자들은 회전에 끌려들어가서 경계 층 분리가 훨씬 후에 일어납니다. 그로 인해 공의 뒤쪽에 형성되는 회전 영역이 매우 작아져서, 앞 뒤 압력 차이로 인한 저항이 크게 줄어듭니다. 매끄러운 골프공은 최대 수십 미터만 날아가지만, 마르은 골프공은 한 타에 200미터 이상 날아갑니다. 그로 인해 마르은 골프공의 저항 감소 효과는 매우 분명합니다.