자동차 연비와 물리학

 

 

연비 운전에 대해 많이들 알고 계시죠? 안전하게 운전하고 제때에 점검을 받는 등 연비 효율을 높이는 방법들은 자동차에 무리를 주지 않는 경우라는 것을 알 수 있습니다. 그런데 알고 보면 이러한 연비 향상과 물리학이 관련이 있다고 하는데요. 오늘은 연비와 물리학의 관계를 한 번 살펴보겠습니다.

 

 

1. 정속주행과 마찰력

 

과속이나 저속 상태에서는 연비 효율이 떨어진다고 알려져 있습니다. 또한 시속 60~80km를 유지할 경우 연비를 지킬 수 있어 이 구간을 '경제속도'라고 부르기도 합니다. 실제로 해외의 연구에서도 과속을 할수록 연비가 떨어지 것으로 나왔는데요.

 

 

 

정속주행을 할 경우 모든 동력은 마찰력을 극복하는데 사용하게 됩니다. 그런데 속도를 증가시킬 경우 거의 세제곱에 해당하는 수준으로 더 많은 동력을 사용한다고 합니다. 예를 들면 시속 120km를 유지하는 것은 시속 60km를 유지하는 것보다 2배가 아닌 8배 많은 동력을 사용하게 되어 단순히 두배가 아닌 그 이상의 연료를 사용하게 된다는 것입니다.

 

 

2. 급가속, 급제동과 운동량

 

연비 효율을 높이는 운전 방법 중 하나가 바로 '급출발, 급제동'을 하지 않는 것입니다. 실제로 급제동을 자주 하게 되면 연료탱크의 눈금이 줄어드는 것이 눈에 보일 정도로 빨리 소모되는 것을 알 수 있습니다. 물리학에서 그 이유를 찾는다면 이는 '운동량'과 관련이 있습니다. 자동차의 무게는 차종에 따라 가벼운 것도 있고 아주 무거운 것도 있습니다.

 

여기서 한 가지! 자동차가 무거울수록 연비 효율이 낮아지는 것도 알고 계실 텐데요. 무거운 물건을 이동하기 위해서는 많은 힘이 필요하기 때문에 연료도 더 많이 사용하게 되는 것이죠. 그런데 반대로 도심 운전에서는 이 운동량을 이용할 수도 있다고 합니다. 바로 연료를 이용한 동력이 아닌 운동량을 이용해 자동차를 이동할 수 있다는 것입니다.

 

 

 

더 빠른 가속을 할 수록 더 많은 동력이 필요하게 되는데 만약 현재 신호에서 녹색 신호를 보자마자 가속을 했다가 바로 다음 블록에서 적색 신호를 만나게 되면 동력만 낭비하는 것이 될 수도 있습니다. 따라서 연비를 지키고 싶다면 급가속, 급제동 보다는 운동량을 이용해 서서히 출발하고 서서히 정차해 보시기 바랍니다.

 

 

3. 타이어 공기압과 구름저항

 

자동차나 자전거를 타는 분들이라면 한 번쯤 '구름저항'에 대해 들어보셨을 텐데요. 구름저항은 타이어가 굴러갈 때 손실되는 힘을 말합니다. 구름저항에 영향을 주는 요인으로는 타이어의 공기압, 직경, 구조, 트레드 패턴 등 여러가지 요인이 있을 수 있습니다. 그런데 이 구름저항에 따라 연비가 달라질 수도 있다고 하는데요. 바로 '마찰력에 대응'하는 능력이 구름저항에 의해 좌우되기 때문입니다.

 

 

타이어는 부드러울수록 노면을 지나는데 더 많은 시간과 동력이 필요합니다. 그렇다면 딱딱할수록 연비에는 더 유리하겠죠. 그런데 우리가 사용하는 타이어는 완전히 딱딱하다고 할 수는 없습니다. 완전히 딱딱한 타이어를 사용할 경우 충격을 흡수하지 못해 승차감이 떨어지고, 마찰력이 작아서 젖은 노면에서는 제동력이 떨어지게 됩니다. 그래서 일반적인 차량에 사용하는 타이어의 경우 승차감과 기능성 등을 고려해 설계됩니다.

 

하지만 공기압을 조절해 구름저항을 제어할 수도 있는데요. 공기압이 높을수록 타이어의 변형이 적어져 구름저항이 줄어들게 됩니다. 무엇보다 중요한 것은 계절이나 노면의 상황에 맞게 적정 공기압을 조절하고, 공기압 유지를 위해 타이어를 주기적으로 점검하는 것이 가장 좋겠습니다.

 

 

 

 

연비운전과 물리학의 관계를 찾아보았는데요. '물리학'이라고 하면 괜히 어려워보이지만 운전자라면 한 번쯤 들어봤던 내용들일 것입니다. 이제 연비 운전을 할 때에도 지금 어떤 이유로 연비가 향상 되고 있는지 알 수 있을 것 같네요!

 

(참고자료 : KISTI 미리안 '글로벌동향브리핑')