[Special Theme] 마찰력과 타이어(Frictional Force & Tire)

마찰력과 타이어(Frictional Force & Tire)

자동차에서 마찰력이 필요한 곳이라면 바로 타이어다. 자동차는 타이어를 통해 지면에 힘을 전달함으로써 움직인다. 타이어가 지면에 제대로 힘을 전달하려면 마찰력이 좋아야 한다. 마찰력이 좋아 지면에 달라붙는 힘인 접지력이 큰 타이어는 미끄러짐이 적고 안정적인 핸들링이 가능하다. 운전할 때 무겁고 안정된 느낌을 받는다. 

반면에 접지력이 나쁜 타이어를 쓰면 가벼운 느낌이 든다.

 접지력 높이고, 안전성, 승차감 높이고

마찰력은 접촉해 있는 면의 넓이, 그 면의 거칠고 부드러운 정도에 의해 결정된다. 

먼저 접촉 면적이 클수록 마찰력이 크다. 간단한 실험으로 이것을 확인할 수 있다. 

책을 두 권 나란히 펼쳐 놓고 한 장씩 포개 보자. 종이 한 장이 다른 책의 종이 두 장 사이에 끼도록 번갈아가면서 페이지를 포개자. 그런 다음 두 책을 양손으로 잡고 힘껏 당겨보자. 웬만한 힘으로는 떼어내기 어려울 정도로 단단하게 붙어 있을 것이다. 이것은 종이 수십 장이 겹치면서 접촉 면적이 커졌기 때문이다. 달랑 종이 두 장을 맞붙여 놓으면 마찰력이 얼마 되지 않지만 수십 장의 종이를 겹치면 접촉 면적이 수십 배로 늘어나 마찰력 또한 수십 배로 늘어난다. 

수백 쪽에 달하는 사전이나 전화번호부 두 권을 겹치면 사람 몇 명이 너끈히 매달릴 수 있을 정도로 마찰력이 커진다.

타이어 역시 지면과 닿는 부분의 넓이를 늘리면 마찰력을 키울 수 있다. 접촉 면적을 늘리는 방법에는 몇 가지가 있다. 일단 타이어의 폭을 늘리면 된다. 하지만 무조건 타이어를 넓게만 만들 수는 없다. 게다가 포장도로를 달리는지 , 비포장도로를 달리는지, 비가 오는지, 눈이 오는지 등에 따라 상황이 천차만별이기 때문에 타이어를 설계할 때는 이런 다양한 상황을 모두 고려해야 한다.

노면의 상태에 따라 마찰력의 차이를 보여주는 것이 트레드 패턴이다. 트레드 패턴은 타이어의 구동력, 제동력, 선회력 등을 노면에 전달하는 역할을 하는데, 용도에 따라 가장 효율적인 패턴을 사용하게 된다.

 다양한 상황에 대처하는 트레드

타이어에 나 있는 홈인 트레드의 모양은 마찰력을 조절하는데 중요한 역할을 한다. 도로에서는 트레드가 없는 타이어

가 접촉 면적이 넓어 가장 큰 마찰력을 제공한다. 하지만 트레드가 없을 경우 비가 와 젖으면 타이어 표면에 묻은 물을 효과적으로 제거하지 못한다. 표면의 물은 마찰력을 급격히 저하시켜 결국 안전에 커다란 위협이 된다.

경주용 자동차는 비가 오지 않을 경우 마찰력을 높이기 위해 폭이 넓고 홈이 없는 타이어를 쓴다. 상황에 따라 매일같이 타이어를 갈아 끼우지 않는 일반 자동차는 도로가 말랐을 때나 젖었을 때나 최적의 효과를 낼 수 있도록 홈이 있는 타이어를 쓴다. 

 눈이 왔을 때 쓰는 겨울용 타이어는 눈이 쌓인 도로를 긁어내면서 달릴 수 있도록 홈이 나 있다. 어떤 경우에는 징을

박기도 한다. 그리고 도로가 아닌 오프로드를 달릴 때도 트레드가 있는 편이 좋다. 타이어의 홈이 울퉁불퉁한 땅과 맞물리면서 접촉 면적을 넓혀 마찰력이 커지기 때문이다.

 첨단 재료로 타이어 성능 끌어올린다

재질도 중요하다. 타이어의 고무가 부드러울수록 땅에 닿는 넓이가 크다. 추운 겨울에는 타이어가 쉽게 딱딱해지지 않아야 접지력을 높일 수 있다. 자동차 경주 때도 부드러운 타이어를 이용한다.

그러나 너무 부드러우면 땅에 닿는 넓이가 너무 넓어서 자동차가 방향을 돌릴 때 타이어가 변형될 수 있다. 공기압이 너무 부족하면 심지어 사이드월까지 땅에 닿을수 있어 위험하다. 또한 타이어가 부드러울수록 마모에 견디는 능력이 떨어진다. 그래서 이와 같은 문제점을 해결하면서 접지력을 높일 수 있는 성능을 만족시키는 첨단 재료를 이용해 타이어를 만든다.

Tips ! 

타이어는 자동차의 엔진의 힘과 운전자의 의도를 전달하는 역할을 한다.따라서 자동차를 원하는 대로 안전하게 운전하려면 타이어 4개의 접지력을 똑같이 유지해야 한다. 타이어 사이의 접지력이 서로 다르면 운전이 제대로 되지 않는 경우가 생긴다. 특히 겨울이 되어 겨울용 타이어로 교체하려고 한다면, 타이어 4개를 동시에 교체해야만 한다. 빙판길에서 달리고 있을 때 운전이 뜻대로 되지 않는 일이 생긴다면 특히 위험하다.