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빙판 길 위에서 차가 출발할 때
 Science Column
신나는 과학 칼럼
작성자 류성철
작성일 2007/01/17 (수)
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 4294      
빙판 길 위에서 차가 출발할 때
류성철

본격적인 겨울에 접어들었습니다. 겨울은 운전자들이 조심해야 할 계절이지요. 눈길이나 빙판 길이 되면 차들이 안전을 위해 거북이처럼 기어 다니게 됩니다. 겨울의 운전 요령과 관련된 이야기를 하고자 합니다.
 

빙판 길 위에서 차가 출발할 때는 바퀴의 회전력은 타이어와 도로사이의 마찰력보다 작아야 합니다.
눈길이나 빙판 길처럼 미끄러운 길 위에서 수동변속기를 사용하는 차는 어떻게 출발해야 할까요? 경험이 많은 운전자들은 잘 알고 있을 것입니다. 그러나 어떤 사람은 큰 회전력(힘)이 필요하기 때문에 1단 기어로 출발해야 한다고 하고 반대로 적은 회전력(힘)이 들어야 하기 때문에 2단 기어로 출발해야 한다고 합니다. 누가 더 옳을까요?

먼저 자동차가 움직이는 원리를 알아야 그 해답을 찾을 수 있습니다. 자동차가 움직이는 것은 엔진의 피스톤 운동이 기어를 통하여 바퀴의 회전운동으로 바뀌고 바퀴의 회전운동이 도로를 밀면서 움직이게 됩니다. 즉 타이어와 도로사이의 마찰력으로 타이어의 회전력이 도로를 밀고 그 반작용으로 차가 앞으로 나갑니다. 이것을 마찰 구동이라 합니다. 그런데 어떤 물체를 밀 때 가만히 있는 물체를 미는 힘이 마찰력보다 작으면 물체는 움직이지 않습니다. 물체를 움직이려면 최대 정지 마찰력보다 커야 합니다. 물체의 최대 정지 마찰력보다 큰 힘으로 밀면 그 힘으로 물체가 앞으로 나가지만 차가 움직이는 것은 그것과 반대입니다. 타이어가 도로를 밀지만 도로는 고정되어 있으므로 그 반작용으로 차가 밀려 움직입니다. 그래서 타이어의 회전력이 마찰력보다 더 크면 타이어는 헛돌게 되고 미끄러지게 됩니다. 빙판 길은 마찰이 작기 때문에 그만큼 반작용이 작아서 차가 움직이기 어렵습니다. 그리고 움직이기 시작하면 정지하기도 힘듭니다.

속도와 마찰력은 관계가 없지만 빙판 길에서 속도가 빨라지면 정지할 때 마찰이 제대로 작용하지 않기 때문에 평상시 보다 훨씬 정지거리가 길어지고 운전방향을 잃게 되어 사고를 일으키게 됩니다. 그래서 저속으로 거북이처럼 차를 운전해야 하는 것입니다.

빙판 길 위에서 차가 출발할 때는 바퀴의 회전력은 타이어와 도로사이의 마찰력보다 작아야 합니다. 바퀴의 회전력이 마찰력보다 더 크면 앞에서 이야기 한 것처럼 도로를 밀지 못하고 미끄러지게 됩니다. 평상시에는 차가 낼 수 있는 회전력이 정지 마찰력보다 작기 때문에 타이어는 헛돌지 않습니다. 평상 시에 출발할 때는 저속이어야 합니다. 즉 1단 기어로 출발하지요. 그러나 빙판 길 위에서 출발할 때는 2단 기어를 사용해야 합니다. 차는 변속기가 1단 기어일 때 가장 큰 회전력을 내고 타이어의 회전력이 빙판 길의 최대 정지 마찰력보다 더 크기 때문에 타이어는 헛돌게 됩니다. 그래서 차가 움직이려면 마찰력보다 작은 힘이 필요하며 2단 기어를 사용하면 1단 기어보다 힘을 1/2로 줄일 수 있습니다. 회전력이 적기 때문에 바퀴는 미끄러지지 않고 도로를 밀면서 차는 앞으로 움직이게 되는 것입니다. 약간의 언덕길이나 빙판이 심한 경우에는 이 방법을 사용해야 앞으로 움직일 수 있습니다.

사람은 매우 미끄러운 빙판 위에서 어떻게 걸어야 할까?

보통 길에서처럼 걸으면 미끄러져서 앞으로 넘어진다. 걷는다는 것은 발로 땅을 밀기 때문에 그 반작용으로 앞으로 나가는 것입니다. 마찰이 미는 힘을 버티지 못하면 공중에서 헛발질을 하는 것이므로 앞으로 나갈 수 없지요. 미끄러운 빙판 위에서 미는 발이 마찰력보다 큰 힘으로 밀면 자동차 바퀴처럼 헛발질을 하게 되어 앞으로 넘어지게 됩니다. 그러므로 발로 미는 힘을 자동차처럼 줄여야 한다. 사람에게는 기어가 없으므로 보폭을 줄이면 미는 힘이 줄어든다. 보폭을 줄이면 마찰력은 커지고 땅을 미는 힘이 커지기 때문입니다. 미끄러운 길을 걸을 때는 보폭을 줄여 종종 걸음으로 걸어야 미끄러지지 않습니다.

빙판 길에서 무거운 차가 유리한가?

빙판 길에서 보면 차가 클수록 잘 움직일 수 있는데 그 이유는 차가 무거울수록 마찰력이 커지기 때문입니다. 승용차는 미끄러운 고개 길을 못 올라가지만 버스나 트럭은 쉽게 올라가는 것을 우리는 많이 보았지요. 승용차의 경우에는 무게를 늘리기 위해서 사람이 많이 타면 됩니다. 그러나 무게가 많을수록 반드시 저속 운행해야 한다. 무거울수록 마찰력이 커지지만 계속 움직이려는 관성이 커져서 정지하기도 더 어렵기 때문이다. 이것은 빙판 길이 아니라고 하더라도 마찬가지입니다. 고속도로에서 버스나 트럭의 제한 속도가 승용차보다 낮은 이유는 무거울수록 정지거리가 길어지기 때문입니다. 그러므로 고속도로에서 버스나 트럭이 뒤에 바짝 붙어 달려오면 비켜주세요. 자신의 안전을 위해서 말입니다. 위험을 보고 정지했을 때 그 위험은 피할 수 있어도 뒤따라오는 버스나 트럭과의 충돌은 피할 수 없습니다.
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