몇해 전 하늘을 나는 자동차가 등장해 PCS폰 광고에서 자동차가 날아오르는 광고를 본 적이 있다. 한편으로는 황당하다는 생각이 들면서도 교통체증이 극심한 이 시대를 사는 우리로서는 하늘을 나는 자동차를 한번쯤 상상해 볼 수도 있다는 썰렁한(?) 생각도 함께 했었다.
이런 일을 생각해 내는 것은 조금 머리가 이상한 것인지는 모른다. 그러나 이러한 생각들을 구체화 시키다 보면 자동차와 공기의 역학 관계를 알아내는데 큰 도움이 될 것이다.
자동차가 달리는 동안에는 반드시 다양한 공기의 힘이 작용하고 있다. 이 가운데 가장 큰 작용을 하는 힘을 공기 저항이라고 부른다. 공기 저항이 크면 스피드를 내는데 필요한 엔진 파워가 더 필요하게 되고 결국 연비가 나빠진다.
공기 저항이라고 하는 것은 달려오고 있는 자동차를 되돌려 보내려는 힘이다. 그리고 한 술 더 떠서 자동차를 들어올리려고 하는 힘도 공기 저항이라고 볼 수 있다. 자동차를 들어올리려는 힘을 우리는 보통 양력(揚力)이라고 부르고 있다.
양력을 이용하고 있는 것은 비행기이다. 공기의 힘을 이용해서 무거운 기체를 뜨게 하는 것이 양력이고 비행기는 날개를 이용해 양력을 만들어 하늘을 날아다닌다.
보통 양력은 속도에 비례해서 커진다. 따라서 비행기가 이륙할 때에는 긴 활주로가 필요하고 그 활주로를 달리며 양력을 만든 다음 공중으로 날아오르는 것이다. 좀 더 정확히 말하면 양력은 속도의 제곱에 비례해 커진다. 예를 들면 시속 100km로 달릴 때 100kg의 양력이 생겼다고 하면, 시속 200km를 달릴 때에는 그 2배가 아닌 4배(400kg)의 양력이 만들어지는 것이다. 따라서 일정 속도를 넘어서게 되면 생각했던 것 보다 엄청난 양력이 만들어진다.
그런데 원래 자동차는 하늘을 나는 존재는 아니다. 오히려 가능한 한 지면에 바짝 붙어 달리는 것이 안전하다. 때문에 고속으로 달리면 달릴수록 커지는 양력을 줄이기 위해 고민한다. 자동차를 설계할 때 항상 염두에 두는 것이 바로 이 양력을 줄이는 방법이다.
이렇듯 공중을 날아오르기보다는 지면으로 바짝 붙으려는 습성을 가진 자동차를 공중으로 날려보내려면 도대체 얼마만큼의 힘이 필요한 것일까? 여러 가지 조건에 따라 상황은 달라지겠지만 자동차를 공중에 띄우는 힘을 가진 양력만으로 계산을 해 보자.
이러한 산술적인 개념을 자동차에 한 번 대입해 보자. 자동차에 사람이 타고 충분한 속도를 낼 수 있는 연료를 싣고 필요한 물건을 약간 싣는다면 그 무게는 약 1,400kg 정도가 될 것이다. 이 무게를 하늘에 띄울 수 있는 양력을 만들어 낼 수 있는 속도를 위의 방법으로 계산해 보면 시속 835km가 나온다.
보통 여객기의 경우 이륙 속도는 시속 250km 정도. 사람을 400명 이상 태우고 17톤의 짐을 싣고 이륙하는 점보 여객기도 시속 340km 전후에서 이륙할 수 있다. 그런데 티뷰론을 공중으로 날아오르게 하려면 무려 시속 835km나 필요한 것이다.
그러나 자동차는 유감스럽게도 시속 835km의 속도를 만들어 내지 못한다. 지금의 엔진 설계로는 터무니없을 것이지만 단순히 산술적으로만 계산을 해 보면 1,400kg의 자동차를 시속 835km로 달리게 하려면 무려 5,900마력의 힘이 필요하다. 이렇게 큰 파워를 만들어내는 것은 아무리 좋은 장치를 붙여도 불가능하다. 만약 엔진을 튠업 한다고 각종 장치를 붙이게되면 무게는 더 늘어날 것이고 엔진 힘도 더 높여야하는 악순환이 되풀이 될 것이다. 그리고 자동차의 디자인도 뜨기 쉬운 형태로 변해야 할 것이다. 이때쯤이면 더 이상 자동차가 아니고 비행기에 더 가까워질 것이다.
따라서 자동차가 하늘을 날아오르는 것은 유감스럽게도 무리한 이야기이다. 다만 이러한 상황 설정을 통해 자동차와 공기의 역학 관계를 한 번 생각해 보자는 의미를 갖는 것이다. 이러한 가정에서 얻을 수 있는 단순한 진리는 '자동차는 역시 땅을 달려야만 자동차'라는 사실이다.
이런 일을 생각해 내는 것은 조금 머리가 이상한 것인지는 모른다. 그러나 이러한 생각들을 구체화 시키다 보면 자동차와 공기의 역학 관계를 알아내는데 큰 도움이 될 것이다.
자동차가 달리는 동안에는 반드시 다양한 공기의 힘이 작용하고 있다. 이 가운데 가장 큰 작용을 하는 힘을 공기 저항이라고 부른다. 공기 저항이 크면 스피드를 내는데 필요한 엔진 파워가 더 필요하게 되고 결국 연비가 나빠진다.
공기 저항이라고 하는 것은 달려오고 있는 자동차를 되돌려 보내려는 힘이다. 그리고 한 술 더 떠서 자동차를 들어올리려고 하는 힘도 공기 저항이라고 볼 수 있다. 자동차를 들어올리려는 힘을 우리는 보통 양력(揚力)이라고 부르고 있다.
양력을 이용하고 있는 것은 비행기이다. 공기의 힘을 이용해서 무거운 기체를 뜨게 하는 것이 양력이고 비행기는 날개를 이용해 양력을 만들어 하늘을 날아다닌다.
보통 양력은 속도에 비례해서 커진다. 따라서 비행기가 이륙할 때에는 긴 활주로가 필요하고 그 활주로를 달리며 양력을 만든 다음 공중으로 날아오르는 것이다. 좀 더 정확히 말하면 양력은 속도의 제곱에 비례해 커진다. 예를 들면 시속 100km로 달릴 때 100kg의 양력이 생겼다고 하면, 시속 200km를 달릴 때에는 그 2배가 아닌 4배(400kg)의 양력이 만들어지는 것이다. 따라서 일정 속도를 넘어서게 되면 생각했던 것 보다 엄청난 양력이 만들어진다.
그런데 원래 자동차는 하늘을 나는 존재는 아니다. 오히려 가능한 한 지면에 바짝 붙어 달리는 것이 안전하다. 때문에 고속으로 달리면 달릴수록 커지는 양력을 줄이기 위해 고민한다. 자동차를 설계할 때 항상 염두에 두는 것이 바로 이 양력을 줄이는 방법이다.
이렇듯 공중을 날아오르기보다는 지면으로 바짝 붙으려는 습성을 가진 자동차를 공중으로 날려보내려면 도대체 얼마만큼의 힘이 필요한 것일까? 여러 가지 조건에 따라 상황은 달라지겠지만 자동차를 공중에 띄우는 힘을 가진 양력만으로 계산을 해 보자.
이러한 산술적인 개념을 자동차에 한 번 대입해 보자. 자동차에 사람이 타고 충분한 속도를 낼 수 있는 연료를 싣고 필요한 물건을 약간 싣는다면 그 무게는 약 1,400kg 정도가 될 것이다. 이 무게를 하늘에 띄울 수 있는 양력을 만들어 낼 수 있는 속도를 위의 방법으로 계산해 보면 시속 835km가 나온다.
보통 여객기의 경우 이륙 속도는 시속 250km 정도. 사람을 400명 이상 태우고 17톤의 짐을 싣고 이륙하는 점보 여객기도 시속 340km 전후에서 이륙할 수 있다. 그런데 티뷰론을 공중으로 날아오르게 하려면 무려 시속 835km나 필요한 것이다.
그러나 자동차는 유감스럽게도 시속 835km의 속도를 만들어 내지 못한다. 지금의 엔진 설계로는 터무니없을 것이지만 단순히 산술적으로만 계산을 해 보면 1,400kg의 자동차를 시속 835km로 달리게 하려면 무려 5,900마력의 힘이 필요하다. 이렇게 큰 파워를 만들어내는 것은 아무리 좋은 장치를 붙여도 불가능하다. 만약 엔진을 튠업 한다고 각종 장치를 붙이게되면 무게는 더 늘어날 것이고 엔진 힘도 더 높여야하는 악순환이 되풀이 될 것이다. 그리고 자동차의 디자인도 뜨기 쉬운 형태로 변해야 할 것이다. 이때쯤이면 더 이상 자동차가 아니고 비행기에 더 가까워질 것이다.
따라서 자동차가 하늘을 날아오르는 것은 유감스럽게도 무리한 이야기이다. 다만 이러한 상황 설정을 통해 자동차와 공기의 역학 관계를 한 번 생각해 보자는 의미를 갖는 것이다. 이러한 가정에서 얻을 수 있는 단순한 진리는 '자동차는 역시 땅을 달려야만 자동차'라는 사실이다.
