커브를 돌기위해서는 원심력에 대응해야하고 코너링 포스와 마찰력은 타이어의 마찰과 변형이 구심력을 만들어냅니다.
목차
주차 중에 자동차의 위치를 유지하기 위해 사용하는 것이 파킹 브레이크 입니다. 손을 레버를 조작하거나 발로 페달을 조각하는 유형이 있습니다. 브레이크 본체는 풋 브레이크와 공유하는 경우가 많지만, 일부는 풋 브레이크용 디스크 브레이크의 로터 안에 파킹 브레이크용 드럼 브레이크를 설치하기도 합니다. 또 파킹 브레이크는 앞뒤 바퀴 중 어느 한쪽의 두 바퀴만을 사용하는 것이 일반적입니다.
래칫 기구
파킹 브레이크는 와이어를 이용해 브레이크 본체에 힘을 전달합니다. 작동 상태를 유지하는데는 래칫 기구가 사용됩니다. 래칫은 바깥톱니바퀴와 갈고리고 구성되어 있습니다. 사용되는 톱니바퀴는 통상적인 톱니바퀴와 달리 톱니의 경사가 비대칭입니다. 그리고 갈고리는 스프링의 힘으로 톱니에 걸리도록 만들어져 있습니다.
이 래칫이 파킹 브레이크 레버의 밑동에 설치되어 있으며, 브레이크 본체 근처에는 해제 상태를 유지하기 위한 리턴 스프링이 장착되어 있습니다.
레버를 당길 때는 갈고리가 톱니바퀴의 완만한 면을 타고 올라가기 때문에 문제없이 톱니를 넘어갈 수 있습니다. 파킹 브레이크를 조작할 떄 나는 딸깔거리는 소리는 톱니 하나를 넘어간 갈고리가 아래로 떨어질 떄 나는 소리입니다. 브레이크 본체가 작동하는 위치까지 레버를 잡아당긴 다음 손을 놓으면 리턴 스프링의 힘 때문에 원래의 위치로 되돌아가려 하지만, 갈고리가 톱니의 경사가 심한 면에 걸리기 때문에 위치가 유지됩니다. 브레이크를 해제할 때는 해제 버튼을 누릅니다. 이때 갈고리가 들리기 때문에 스프링이 원래 위치로 되돌려놓습니다.
원심력
자동차가 커브를 도는 그림을 그리게 하면 커브 안쪽으로 자동차가 기울어지도록 그리는 사람이 있습니다. 분명히 자전거나 오토바이는 커브 안쪽으로 차체가 기울지만, 자동차는 그 반대입니다. 즉, 원심력의 영향을 받아 바깥쪽으로 기운다. 자동차를 타고 있어도 커브 바깥쪽으로 기우는 것을 잘 체감하지 못하는 이유는 도로 자체가 커브 안쪽을 향해 경사져 있는 경우가 많기 때문입니다.
원심력은 자동차의 조향이나 선회에 커다란 영향을 미칩니다. 참고로 자전거나 오토바이가 차체를 커브 안쪽으로 기울이는 것도 원심력에 대항하기 위해서입니다.
원심력은 물체가 원운동을 할 때 발생합니다.
구심력
물체는 운동할 떄 관성의 법칙을 따르기 때문에 움직이고 있던 방향을 유지하려 합니다. 물체가 원운동을 하려면 원의 중심으로 향하는 힘이 필요한데, 이 힘을 구심력이라고 합니다. 물체에 구심력이 작용하면 운동 방향이 그 전과는 전혀 달라집니다. 그리고 구심력이 연속적으로 작용하면 원운동이 됩니다. 구심력에 따라 물체가 원운동을 하면 그 반력으로 원심력이 나타납니다. 그 크기는 물체의 질량에 비례하며 속도의 제곱에 비례합니다.
고무줄에 추를 달아서 돌리면 추가 원운동을 합니다. 이때 고무줄이 줄어들려고 하는 힘이 구심력입니다. 추의 속도를 일정하게 유지하면 일정한 회전 반경으로 원운동을 합니다. 또 추가 회전하는 속도를 높이면 그만큼 커다란 구심력이 필요해지므로 고무줄이 늘어나 원운동의 회전 반경이 커집니다. 원심력이 커진다고 생각해도 무방합니다. 속도가 같아도 추의 무게를 무겁게 하면 구심력, 즉 원심력이 커져서 원운동의 회전 반경이 커집니다.
코너링 포스와 마찰력
조향각
자동차를 선회시키려면 구심력이 필요한데, 이 힘도 구동력이나 제동력과 마찬가지로 타이어와 노면 사이에 발생한 마찰력의 반력입니다. 자동차는 앞바퀴의 방향을 바꿔서 조향을 합니다. 이떄 앞바퀴에 주어지는 각도를 조향각이라고 합니다. 타이어는 구르기 편한 방향으로 나아가려는 성질이 있습니다.
옆 미끄럼 각
자동차의 속도가 매우 느리다면 원심력의 영향이 작으므로 타이어가 향한 방향으로 자동차가 나아가지만, 속도가 빨라질수록 커다란 원심력이 작용해 타이어가 옆으로 미끄러지기 때문에 타이어가 향한 방향과 나아가는 방향 사이에 괴리가 생깁니다. 이때 타이어의 중심선과 진행방향이 이루는 각도를 옆 미끄럼 각이라고 합니다.
사이드 포스
타이어가 옆으로 미끄러진다는 말은 마찰력이 발생한다는 의미입니다. 또 옆으로 미끄러질 떄는 타이어가 변형됩니다. 타이어는 고무로 만들어 탄성이 있기 때문에 이 변형에서 복원되려고 하는 힘이 발생합니다. 이 마찰력과 복원력을 합쳐서 사이드 포스라고 합니다
코너링 포스
이 힘의 방향은 타이어의 중심선에 대해 수직이 됩니다. 한편 선회에 필요한 구심력은 타이어의 진행 방향에 대해 수직 방향이어야 하기 떄문에 사이드 포스 중에서 실제 진행 방향에 대해 수직인 성분만이 구심력이 됩니다. 이것을 코너링 포스라고합니다
사이드 포스 중에서 타이어의 진행 방향에 대해 수평인 성분은 진행 방향과는 반대 방향의 힘이기 때문에 주행저항이 됩니다. 또 타이어에는 구동이나 제동에 따른 마찰력도 동시에 발생하는 경우가 대부분이지만 이것까지 생각하면 복잡할 수 있어 선회와 관련된 힘의 성분이 중요합니다
- 옆 미끄럼 : 타이어가 향하는 방향과 실제 진행 방향 사이의 괴리를 발생시키는 미끄럼.
- 사이드 포스 : 옆 미끄럼에 따른 마찰력과 타이어의 복원력을 더한 힘
- 코너링 포스 : 자동차를 선회시키는 구심력. 사이드 포스 중에서 진행 방향에 대해 수직인 성분.
- 주행 저항 : 선회할 때 자동차를 감속시키려는 힘. 사이드 포스 중에서 진행 방향에 대해 수평인 성분.
- 원심력 : 코너링 포스의 반력으로서 나타나는 힘