자동차의 운동저항력(Motion-Resisting Forces)

목차

- 힘의 특성

- 구름저항(Rolling Resistance)

- 구름저항에 영향을 미치는 요소

- 구름저항계수의 결정

- 경사저항(Grade Resistance)

본문내용

자동차가 저항력을 극복하면서 운동을 지속하려면 동력(動力;power)이 소비된다. 자동차가 오르막에서 가속을 할 때의 저항력은: (1) 구름저항, (2) 경사저항, (3) 공기저항, (4) 관성저항, (5) 동력전달저항이다.
구름저항(Rolling Resistance): 짐작하겠지만, 가장 중요하게 다루어야 할 저항력이다. 여타의 저항은 특정 운동조건에서만 발생하지만 구름저항은 바퀴가 구르는 순간부터 영향을 미친다. 게다가 구름저항은 또 다른 달갑잖은 부작용을 일으킨다. 구름운동에 소모되는 상당량의 동력이 타이어에 열(熱)의 형태로 전달되는 것이다. 열로 인한 온도상승은 타이어의 유연성과 내마모성을 줄여서 타이어의 성능저하로 이어진다.
공기압 타이어의 저항이 강성바퀴(rigid wheel)와 다른 점은
(1) 지면을 지날 때 타이어의 접촉면이 변형되었다가 복원되면서 소모되는 일
(2) 타이어가 지면을 압박할 때 지면을 변형시키는데(눌러 꺼지게) 소모되는 일
(3) 타이어 슬립에 의한 마찰운동에 소모되는 일
(4) 타이어 내부의 공기순환과의 외부의 공기를 휘저으면서 발생하는 공기와의 마찰
이론적으로 정확한 계산을 하려면, 동하중(動荷重;dynamic weight), 가속효과, 견인, 공기저항의 수직분력도 고려해야 한다. 그러나 실제로 동력성능을 예측함에 있어서 동하중은 계산을 복잡하게 만들뿐 정확도에 미치는 영향은 미미하다. 더욱이 식 (3)에서 알 수 있듯이 한 차축으로 전달된 중량이동은 다른 차축에서 그만큼 빠지기 때문에 전체 구름저항에 미치는 영향은 없다.
구름저항에 영향을 미치는 요소: 구름저항계수 는 타이어와 지면의 복잡하고도 상호 연관된 물리적 특성을 규정하는 단위가 없는 상수이다. 지면의 재질과 구조, 고무의 화학적 조성, 타이어의 세부항목 같은 변수의 효과를 세밀히 측정하여 표준화하는 작업은 불가능하지는 않더라도 대단히 난해한 일이다. 그럼에도 불구하고 이러한 요소에 대한 고찰은 구름저항의 물리적 특성을 이해하는데 많은 도움이 될 것이다.
지면의 구조: 단단하고 매끄럽고 건조한 노면일수록 구름저항이 작다. 노후하여 손상된 도로는 구름저항을 배가시킨다. 젖은 도로에서도 구름저항이 증가하는데 아마도 물의 냉각효과에 의하여 타이어의 유연성이 줄어들기 때문일 것으로 사료된다.
타이어와 도로의 탄성: 타이어와 도로의 상대적 탄성과 히스테리시스(hysteresis;履歷)는 구름저항에 결정적 영향을 끼치는 요소이다.
(1) 부드러운 도로에 비하여 타이어가 剛性일 때, 구름저항은 노면을 침투하는데 소모되는 일의 형태가 된다.
(2) 타이어와 도로가 공히 탄성일 때, 구름저항은 타이어 변형과 노면침투에 소모되는 일의 형태가 된다.
(3) 탄성인 타이어에 비하여 도로가 단단할 때, 구름저항은 타이어를 변형시키는데 소모되는 일의 형태가 된다.

키워드

자동차,   저항력,   구름저항,   경사도,   등판성능,   타이어