[Special Theme]탄성력과타이어

탄성력과타이어 [Elasticity Force & Tire]

자동차 사고로 큰 충격을 받는 일은 가끔씩 일어나지만, 자동차는 평소 운행할 때마다 크고 작은 충격을 받는다.

엔진의 진동, 도로의 요철에 따른 충격이 그대로 차체에 전달된다면 편안한 승차감은 기대하기 어렵다. 

도로와 부딪치면서 생기는 충격을 줄여 주는 1차 완충 장치는 바로 자동차의 발인 타이어다.

탄성력으로 진동을 잡는다

타이어의 공기압에 승차감은 큰 영향을 끼친다. 자동차의 무게, 속도, 도로 상태에 따라 적정 공기압을 유지해야 최상의 성능을 이끌어낼 수 있는 것이다. 공기압이 너무 크면 타이어의 탄성이 떨어져 승차감이 나빠진다. 또한 타이어의 편평비가 높을수록(타이어의 폭에 비해 높이가 높을수록) 승차감이 좋아진다. 반대로 편평비가 낮으면 승차감보다는 주행안전성이 좋아진다.

타이어에 이어 충격을 흡수하는 장치는 타이어에 연결된 현가장치다. 

현가장치는 스프링, 쇽 업저버, 서스펜션암 등으로 이뤄져 있다. 좌우 타이어가 축 하나에 연결된 차축현가식과 각 타이어가 자유롭게 움직일 수 있게 된 독립현가식 두 종류가 있다. 현가장치에 있는스프링은 물리에서 탄성을 설명할 때 빠지지 않고 나오는 장치인만큼 입 아프게 설명할 필요가 없을 것이다. 쇽 업저버도 유압을 이용해 충격을 흡수해준다.

이 같은 타이어와 현가장치의 결합은 우리가 편안하게 자동차를 이용할 수 있게 해준다. 우리 발 밑 도로와 가까운 곳에서는 이렇게 타이어가 충격과 진동과 싸우고 있지만, 우리는 그 거친 싸움을 거의 인식하지도 못한 채 드라이브를 즐길 수 있는 것이다.

충격은 내가 대신 흡수한다

타이어를 처음 발명한 것도 고무의 탄성을 이용해 완충 효과를 이끌어내기 위해서였다. 19세기 후반 스코틀랜드의 존 보이드 던롭은 공기를 주입한 고무 타이어를 처음 발명했다. 당시 타이어는 나무나 철로 만들었는데, 탄성이 없다 보니 도로에 튀어나온 부분이나 물체를 밟으면 너무 심하게 덜컹거렸다. 자전거 같은 경우에는 넘어지기도 쉬웠다. 

던롭은 고무를 가지고 타이어를 만들어 자기 아들의 자전거에 시험해 본 결과 기존 타이어보다 훨씬 우수하다는 사실을 입증했다.

그 뒤로 타이어는 꾸준히 발달해 도로에서 생기는 충격을 줄여 주고 동시에 엔진의 힘을 전달해 자동차의 성능을 좌우할 수 있는 수준에 이르렀다. 매우 무거운 대형자동차 무게를 견딜 수 있을 정도로 구조와 재료 기술도 발달했다. 공기는 타이어 내부에 있는 튜브에 주입하는데, 점차 튜브가 없는 튜브리스 유형의 타이어로 발전하였다. 타이어는 자동차의 성능과 승차감에 큰 영향을 끼친다. 

 일반적으로 승차감이라고 하면 쿠션을 생각하기 쉽지만, 타이어에 따른 승차감은 운전할 때 핸들에서 손으로 전달되는 진동과 같은 물리적인 승차감뿐 아니라 타이어에서 나는 소음 같은 정서적 승차감을 모두 일컫는다. 

도로와 접촉하는 부분에서 생기는 진동과 소음은 타이어의 특성에 좌우된다. 더욱이 최신 타이어에는 완충효과를 더하기 위해 다양한 기술이 적용돼 있다. 타이어 표면에 나 있는 트레드는 자동차의 진행방향을 따라 충격을 흡수하기 좋은 패턴으로 디자인된다. 재료도 중요한 부분인데. 고분산 다기능성 실리카고무 같은 재료는 승차감 및 제동 성

능을 높여준다. 충격으로 생기는 소음 역시 타이어의 홈을 이용해 잡아줄 수 있다.