물리2 p63 자료실
아래 그림은 질량 1200kg의 승용차가 25km/h(7.0 m/s)의 속력으로 반지름이 40m 되는 커브길을 도는 모습을 나타낸 것이다.
이 자동차가 커브길을 돌기 위해서는 회전하는 원의 중심 방향으로 구심력이 일정하게 작용해야 한다.
이 경우 자동차 타이어와 도로 사이에 작용하는 마찰력이 구심력을 제공한다.
이 때 필요한 구심력을 계산하면 다음과 같다.
또, 이 구심력을 제공하기 위해서 타어이와 도로 사이의 정지 마찰 계수 μ는 얼마나 되어야 하는지 알아보자(단, 도로는 수평하다고 하자). 마찰력 
는 수직 항력 N에 비례하므로 
이다. 이 때 마찰력은 구심력 1470N와 같고, 수직 항력은 mg와 같으므로
이다.
만약 도로와 타이어 사이의 정지 마찰 계수가 이 값보다 크다면 자동차는 안전하게 회전할 수 있고,
정지 마찰 계수가 이 값보다 작다면 자동차는 커브길을 이탈하여 위험하게 될 것이다.
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평평한 커브길을 달리는 차에 어떤 힘이 작용하여 커브를 돌 수 있는지에 대해서 토론을 한 적이 있습니다..
답은 마찰력이라는 것인데, 정확한 것에 대해서는 말이 없어서 이렇게 글을 올립니다..
교수님께서도 설명을 하셨지만, 커브길이 경사져 있을 때는 중력과 수직항력의 합력의 방향으로 구심 가속도가 생겨서 차가 회전을 할 수 있게 됩니다..
동일한 방법으로 평평한 길을 달리는 차에 대한 합력을 보게 되면 수직 항력과 중력은 각각 서로 반대의 방향으로 작용하게 되기 때문에 그 힘의 합력이 오른쪽, 왼쪽으로 작용하는지에 대해 알 수 없습니다..
하지만 평평한 길을 달리는 차는 중력이나 수직항력의 영향에 의해 구심력이 생기는 것이 아닙니다.
바퀴와 도로면의 마찰력에 의해서인데요, 직선을 따라 진행하던 자동차는 관성이 있기 때문에 회전을 하려면 타이어가 도로면을 밀어내야 합니다.
뉴턴의 3법칙에 의해서 타이어는 도로면을, 도로면은 타이어를 밀어내어 커브길을 돌게 되는 것입니다.
만약 마찰력이 없다면 차는 회전을 할 수 없게 되는데, 그 예를 들면 빙판길을 달리는 자동차입니다.
빙판길을 달릴 경우 원하는 방향으로 회전하는 것이 힘들다는 것을 알 수 있을 것입니다.
정지마찰려과 운동 마찰력에 대해 다들 알고 계실 것입니다..
물체를 바닥에 놓고 밀 경우에 그 물체는 처음에는 정지마찰력에 의해 밀리지 않게 되다가 정지마찰력보다 더 큰 힘을 가하게 되면 그 때부터 운동을 하게 됩니다. 운동을 시작하면 운동마찰력이 작용하게 되고요..
그래서 정지마찰력은 운동마찰력보다 큽니다.
자동차가 커브길을 도는 것도 마찬가지입니다..
자동차가 커브길을 돌 때에는 정지마찰력이 작용합니다.
타이어가 도로면과 접촉하고 있는 부분은 순간적으로 도로면에 대해 정지상태에 있게 됩니다. 만약 움직이는 상태라면 정지마찰력이 아니라 운동마찰력이 작용하고 있겠죠??
그리고 만약 자동차가 너무 빨리 달려서 정지마찰력보다 더 큰 힘을 가지고 운동하고 있다면 자동차에는 정지마찰력이 아닌 운동마찰력이 작용하게 되어 차는 커브길을 이탈하게 됩니다.. 운전을 해보신 분들은 아실 것입니다.. 빠른 속도로 달리다가 커브길을 돌려고 하면 상당히 힘이 든다는 것을... ^^
그렇다면 정지마찰력 크기는 얼마만큼일까요??
뉴턴의 제2법칙에 의해서 필요한 힘의 크기는 F=ma입니다.
여기서 구심 가속도는 속도의 제곱을 반지름으로 나눈 값과 같습니다.
마찰력 F는 구심력을 구성하는 유일한 힘이므로 속도의 제곱을 반지름으로 나눈값과 같아야 합니다.
위에서도 말을 했듯이 너무 빨리 달리다 커브길을 돌게 되면 정지마찰력보다 더 큰 힘이 작용하게 되므로 자동차는 커브길을 이탈하게 되는 것이죠..줄에 매달려 원운동을 하는 공을 놓게 되면??
공을 관성에 의해 직선운동을 하게 되죠??
자동차도 마찬가지로 공처럼~~~~...
따라서 우리는 커브길을 돌 때 속도를 줄여야 하겠죠??
특히 빙판길을 달릴 때에는 더욱 더.. ^^
