차량은 다양한 모양과 형태로 제공되며, 각각은 효율적으로 작동하기 위해 서로 다른 기술을 사용합니다. 예를 들어, 도로를 달리는 자동차와 버스는 고무 타이어를 사용하고, 선로를 달리는 기차와 지하철은 금속 바퀴를 사용합니다. 이러한 다양한 선택의 이유는 마찰이라는 하나의 중요한 요소로 귀결됩니다.
마찰이란 무엇입니까?
마찰은 두 표면이 접촉하여 움직임에 저항할 때 발생하는 힘입니다. 접촉면이 매끄러울수록 마찰이 적어서 서로에 대해 더 빠르게 움직일 수 있습니다.
차량 설계를 고려할 때 마찰은 중요한 역할을 합니다. 차량이 이동하는 속도와 차량이 주행하는 지형의 유형은 차량에 필요한 바퀴의 종류에 큰 영향을 미칩니다.
기차가 금속 바퀴를 사용하는 이유는 무엇입니까?
기차는 막대한 짐을 싣고 장거리를 고속으로 이동할 수 있도록 설계되었습니다. 부드럽고 고른 트랙에서 주행하므로 마찰을 최소화하면서 속도를 유지할 수 있습니다. 금속 휠은 다른 소재에 비해 마찰을 85%~99%까지 크게 줄여줍니다. 레일과 바퀴가 모두 매끄러운 금속으로 만들어져 있어 더욱 효율적이고 마찰 없는 움직임이 가능하기 때문입니다.
게다가 열차는 갑자기 멈출 필요도 없습니다. 엄청난 무게와 힘을 지닌 이 로봇은 운동량에 의존하여 계속 움직입니다. 즉, 많은 마찰을 일으키는 바퀴가 필요하지 않습니다. 훨씬 더 많은 마찰을 발생시키는 고무 타이어는 무거운 열차를 움직이는 데 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 하므로 실용적이지 않습니다.
자동차는 왜 고무 타이어를 사용합니까?
반면, 자동차는 도로를 주행해야 하며 종종 움푹 들어간 곳이나 비포장도로와 같이 울퉁불퉁하고 예측할 수 없는 지형을 주행해야 합니다. 이를 처리하려면 자동차에 강한 접지력을 제공하는 바퀴가 필요하며, 이는 고무 타이어로 가능합니다. 고무와 도로 사이의 마찰은 차량에 안전하고 원활하게 운전하는 데 필요한 견인력을 제공합니다.
기차와 달리 자동차는 자주 멈추고 출발해야 합니다. 고무 타이어는 빠른 정지와 출발을 용이하게 하여 안전한 운전에 필요한 마찰을 제공합니다. 또한 고무 타이어는 금속 휠보다 가격이 저렴하고 교체가 쉽기 때문에 정기적으로 마모되는 차량에 더욱 실용적인 선택이 됩니다.
결론: 마찰이 휠 디자인을 정의합니다
결론적으로, 마찰은 다양한 유형의 차량에 대한 휠 설계에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다. 무거운 짐을 싣고 빠르게 움직여야 하는 열차는 마찰을 줄이기 위해 금속 바퀴를 사용합니다. 다양한 지형을 주행해야 하는 자동차에는 마찰을 증가시키고 견인력을 향상시키기 위해 고무 타이어가 필요합니다.
