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승객의 안전과 직결되는 자동차의 브레이크는 정말 중요합니다. 그래서 기존 브레이크를 사비를 들여 업그레이드하는 분들도 많습니다. 그런데 정말 효과가 있을까요? 이번 글에서는 브레이크의 종류와 작동 원리 그리고 업그레이드에 대한 잘 못된 상식을 바로 잡도록 하겠습니다. 브레이크 종류 자동차의 브레이크는 크게 2종류로 볼 수 있습니다. 드럼 브레이크 드럼 브레이크는 반원 모양의 브레이크 슈와 패드가 유압 피스톤에 의해 바깥쪽으로 밀리면서 회전하는 드럼의 안쪽 면을 마찰시켜 제동 하는 방식입니다. 드럼 브레이크 저렴한 비용과 우수한 내구성의 장점이 있지만 제동력이 보통 수준이고 상대적으로 열 발산이나 정비가 어렵다는 단점이 있어서 일부 자동차의 후륜 브레이크에 적용되고 있어 이번 논의에서는 제외하도록 하겠습니다. 디스크 브레이크 디스크 브레이크는 유압 실린더와 피스톤에 의해 회전하는 디스크 양면에 수직으로 브레이크 패드가 밀착되어 제동 하는 방식으로 우수한 제동력 때문에 대부분의 차량에 장착되는 브레이크입니다. 디스크 브레이크 유압 피스톤과 실린더로 구성되는, 디스크 브레이크의 핵심 부품 중에 하나인 캘리퍼도 크게 2종류로 나뉩니다. 먼저 단동식(Single Acting) 또는 부동식(Floating)이라고 불리는 캘리퍼(Caliper)는 좌우로 이동 가능한 캘리퍼의 한쪽 피스톤이 패드를 디스크 한쪽 면에 밀착시키면 그 반동으로 반대쪽도 패드도 밀착되는 방식으로 구조적 한계는 존재하나 가성비가 매우 높은 캘리퍼입니다. 복동식(Double Acting) 또는 고정식(Fixed) 캘리퍼(Caliper)는 양쪽에 고정된 캘리퍼에서 돌출되는 각 피스톤이 패드를 동시에 디스크 양면에 밀착시키는 방식을 말합니다. 캘리퍼에 장착되는 실린더/피스톤의 개수에 따라서도 1P, 2P, 4P… 8P로 불리는데 더 많을수록 당연히 고가입니다. 아래 그림은 2P 단동식/부동식 캘리퍼 브레이크를 단순화한 모습입니다. 솔리드 타입의 디스크로터, 부동식 캘리퍼, 휠이 ...

물리 법칙은 관련된 공식만을 생각한다면 따분하지만 일상생활과 연계하여 그 원리를 생각하면 나름 재미있습니다. 이 번 글에서는 일상생활에서의 물리, 원심력에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다. 원심력 원운동 하는 물체에 작용하는 힘을 구심력이라고 하는데 중심으로부터 일정 거리에서 회전하도록 물체를 잡아주는 힘이기 때문입니다. 원심력은 이 구심력과 크기는 같지만 방향이 반대인 즉 물체가 중심으로 밖으로 멀어지려는 힘이며 아래의 그림과 같이 원심력 F는 물체의 질량 m과 속도 v의 제곱에 비례하며 회전반경 r에 반비례합니다. 이 원심력을 실제로는 존재하지 않는 힘이라고 하는데 그 이유는 물체에 가해지는 실제 힘은 구심력이고 이에 의해 원운동을 하는 것인데 매 순간 관성의 법칙에 의해 물체는 원 궤도의 접선 방향으로 직선운동을 계속하려고 합니다. 구심력은 지름 안쪽 방향으로 작용하므로 직각을 이루는 접선 방향으로는 어떤 힘도 작용하지 않기 때문입니다. 그러나 순간적으로는 마치 물체에 지름 바깥 방향으로 힘이 작용하는 것처럼 느껴지는 것입니다. 원운동하는 물체에 작용하는 구심력과 원심력 직선 운동을 하려는 물체에 원궤도를 유지하도록 당기는 힘인 구심력이 가해지는 순간 마치 중심에서 멀어지려는 반대 방향의 힘이 물체에 작용하는 것처럼 느껴지는 것입니다. 다시 말하면 원운동 하는 물체에 가해지는 힘은 구심력이며 원심력은 그에 따른 관성 효과인 것입니다. 일상에서의 원심력 구심력의 관성 효과로 발생하는 이 원심력도 우리 일상생활에 많이 활용되고 또 자연스럽게 일어나고 있는 현상입니다. 우리에게도 잘 알려진 장치인 화학분석이나 바이오 의약 산업에 사용되는 원심분리기도 원심력이 질량에 비례하는 물리 현상을 이용하는데 초고속 회전을 통해 여러 성분으로 구성된 복합 용액을 비중에 따라 분리, 추출하는 것입니다. 다양한 기기의 GPS와 기상 분석에 사용되고 해외 방송을 볼 수 있도록 해주며 군사 정보 수집용으로도 활용되는 인공위성! 대기권에 떠 있는 수많은 이 인...

우리의 일상생활에서 수많은 물리현상들이 일어나고 있고 우리는 또 그러한 물리 현상들을 활용하며 살아나가고 있습니다. 대표적인 것이 마찰력입니다. 이 번 글에서는 마찰력이 무엇인지 물리적 관점과 실생활에서 지혜롭게 활용하는 관점으로 자세히 알아보도록 하겠습니다. 마찰력이란? 한 물체가 어떤 바닥면에 놓여 정지해 있을 때 관성 법칙(정지한 물체는 계속 정지해 있으려고 하는 현상) 이외에도 우리가 이 물체를 움직이려고 하면 방해하는 힘이 있습니다. 바로 물체와 바닥면 사이에 발생하는 마찰력입니다. 이 마찰력은 물체와 바닥면 사이의 마찰계수 μ(뮤)와 물체가 바닥면에 수직으로 가하는 힘, 즉 수직 항력 N의 곱으로 나타냅니다. 결국 수직 항력은 물체의 무게 mg 가 됩니다. 마찰력 공식과 설명 우리의 상식과 잘 맞지 않는 부분은 바로 접촉 면적이 커지면 함께 비례해서 마찰력도 커질 것처럼 생각되지만 실제로는 면적과는 무관하다는 것입니다. 마찰력은 오로지 접촉하는 물체와 바닥면 사이의 마찰계수와 물체의 무게에만 비례하는 것입니다. 여기서 m은 물체의 질량, g는 중력가속도입니다. 마찰계수의 종류 또한 마찰계수는 두 종류인데 정지한 물체가 움직이기 직전까지의 마찰계수를 정마찰 계수, 움직인 이후의 마찰계수를 동마찰 계수라고 합니다. 같은 물체와 바닥면이라도 항상 동마찰 계수는 정마찰 계수보다 작기 때문에 일단 미끄러진 물체의 마찰력은 정지해 있을 때의 마찰력에 비해 급격히 감소하게 됩니다. 이와 같이 동마찰 계수가 작아지는 물리 현상을 방지하여 자동차의 제동 장치에 적용한 것이 바로 이어서 설명할 ABS (에이비에스)입니다. 생활 속의 마찰력 ABS 급제동에 의해 타이어가 노면에서 미끄러지면 마찰력이 급격히 떨어지면서 더 이상 바퀴는 회전하지 않고 조향이 되지 않는, 심각한 교통사고로이어질 수 있는 현상이 발생합니다. 이러한 바퀴 잠김(Lock)을 방지하기 위해 운전자가 브레이크 페달을 한 번 밟더라도 자동으로 브레이크 ON과 OFF를 반복(1초...