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  1. 2008.03.20
    마찰력 :: 타이어와 마찰력의 관계 (25)

 얼마전 병원에 있던 동생과 이야기를 하던중 논쟁이 생겼습니다. 휠체어를 타고 가는 것을 본 저희들은 타이어가 지면과 작용하는 마찰력에 대해 이야기를 하였습니다. 이야기를 하다보니 뭔가 석연치 않은 부분이 있더라구요. 결국 1시간여를 논쟁하였지만 결론이 나지 않은채 아리송하게 끝났습니다. 저희들의 논쟁거리는 다음과 같습니다.

 [따꼼v 생각]
 홈이 파져 있는 타이어든 홈이 없는 타이어든 지면에 작용하는 마찰력은 같다. 마찰력은 'F=μN (μ : 마찰계수, N : 수직 항력)'이므로 지면에 닿는 면적과 마찰력의 관계는 없다. 그러므로 재질이 같은 타이어라면 홈이 있고 없고에 따라 잘 달릴수 있고 없고의 차이는 없다.

 [동생 생각]
 홈이 파져 있는 타이어보다 홈이 없는 타이어가 지면에서 더 잘 달릴수 있다. 지면에 닿는 면적이 더 크기 때문에 마찰력이 더 많이 작용하므로 더 빨리 달릴수 있는 것이다. 예를 들면 레이싱 자동차의 경우에는 광폭에 홈이 없는 타이어를 쓰지 않는가? 만약 그렇지 않다면 왜 경주시 홈이 없는 타이어를 쓰겠는가?


 이 글을 읽고 계신 여러분은 어떻게 생각하십니까? 한번 곰곰히 생각해 보세요.


우선 간단하게 말씀드리겠습니다. 어느쪽 주장이 완벽하게 틀렸다고 말할수는 없습니다. 문제에 접근 하는 방식에 따라 답변이 조금 다를수도 있기 때문입니다.
 실제 생활에서 작용하는 마찰력은 이해하기가 굉장히 어려운 현상입니다. 실제 마찰력은 마찰면적과 관련없이 수직항력에만 비례한다고 하는데 이는 엄밀히 말하면 틀렸습니다. 마찰력은 굉장히 복잡해서 마찰력만 가지고도 큰 책하나를 채울수 있고, 또 산업적, 공학적으로도 굉장히 중요한 내용입니다.
 실제 마찰력은 두 물체의 재질 뿐만이 아니라, 수직항력, 면적, 모양, 표면의 가공상태, 표면의 습도 등에 따라 매우 큰 차이를 보입니다. 따라서 마찰력의 마찰계수와 수직항력의 변수만을 가지고 표현하는건 불가능합니다.
 하지만 마찰계수와 수직항력을 제외한 모든 변수가 일정하다고 가정하는 보통 건조한 두 표면간의 마찰은 마찰면적과 큰 관계가 없습니다. 그래서 고등학교에서는 마찰력이 수직항력에만 비례한다고 배우는 것입니다. 그래야만 고등학교 수준의 수학에서 계산이 가능하기 때문입니다. 이경우 실제 접촉면적의 개념으로 마찰면적과 관련이 없다는 것으로 생각하기도 합니다.


 여러곳을 다니며 배우고 생각해 보며 내린 저의 결론입니다.

 폭과 상관없이 마찰력은 일반 타이어와 같지만, 폭이 넓으면 압력이 낮아 온도가 덜 상승하여 고무로 이루어진 타이어가 덜 녹기 때문입니다. 고무가 녹는 현상이 줄면, 마찰 계수가 줄어드는 현상 역시 줄일 수가 있습니다. 그러한 이유로 레이싱에서는 홈이 없는 광폭타이어를 사용한다고 합니다.


 궁금해서 여기저기 돌아다니며 배우긴 했지만 정확하게 설명할수가 없네요. 생각을 하면 할수록 더 어려워집니다. 도대체 정확한 정의가 뭡니까?
 알려주세요~!!! ㅠ_ㅠ
자세히 아시는 분은 저에게 설명해 주시면 너무나 감사하겠습니다.^-^//

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