타이어 무늬와 마찰력

타이어 무늬와 마찰력

■ 타이어 무늬의 존재 이유

승용차, 오토바이, 트럭, 버스 등의 타이어를 잘 살펴보면 다양한 무늬가 있는 것을 알 수 있습니다. 이 무늬들은 왜 있는 것일까요? 또, 모든 타이어에는 무늬가 있는 것일까요? 그렇지 않습니다. 일반 자동차가 아닌 경주용 자동차들이 사용하는 타이어인 ‘슬릭타이어’에는 무늬가 없습니다. 경주용 자동차에서 사용하는 슬릭타이어는 타이어와 지면의 접촉면을 최대한 높여, 자동차의 속도를 높이기 위해 사용됩니다. 슬릭타이어는 무늬가 없기 때문에 타이어의 모든 면이 도로와 접촉되어 잘 미끄러지지 않아 회전할 때 안정감이 있습니다. 그런데 우리가 일상생활에서 볼 수 있는 자동차들에서 사용하는 타이어에는 왜 무늬가 있을까요?

타이어에 무늬가 없다면 비나 눈이 왔을 때, 타이어와 지면 사이에 비나 눈으로 만들어진 얇은 막이 생기고, 이 수막으로 인해, 타이어와 지면의 마찰력이 줄어들어, 타이어가 잘 미끄러지게 됩니다. 도로 위에 모래 등과 같은 이물질들이 있는 경우도 마찬가지입니다. 이물질들이 타이어와 지면 사이에 들어간다면 이 이물질이 타이어와 지면 사이의 마찰력을 줄여, 미끄러지기 쉽게 됩니다. 이렇게 마찰력이 줄게 되면, 자동차의 제동이 잘 되지 않아, 사고가 날 수 있어 위험합니다. 

경주용 자동차가 아닌 일반 자동차들은 건조한 아스팔트, 시멘트길, 흙길, 도로의 바닥에 작은 돌, 비오는 길, 눈길 등 다양한 환경에서 안전하게 주행을 해야 하므로 타이어와 지면의 마찰력이 반드시 필요하겠죠? 타이어의 무늬는 이렇게 다양한 환경에서 마찰력을 높여 주기 위해 아주 중요한 역할을 합니다.

■ 일상생활에서 볼 수 있는 마찰력 

마찰력은 접촉하고 있는 두 물체 사이에 작용하는 힘으로 물체의 운동을 방해하는 힘을 말합니다. 사람들은 이러한 마찰력을 줄이려고 노력하고 있지만 사실 마찰력은 두 얼굴을 하고 있습니다. 즉, 마찰력이 커서 좋은 경우와 작아서 좋은 경우 두 가지 경우를 가지고 있답니다. 타이어의 마찰력이 커질수록 자동차의 제동을 쉽게 할 수 있어, 안전한 운행을 가능하게 하는 것처럼 우리가 물건을 집을 때, 손가락에 있는 지문이 손과 물건 사이에 마찰력을 크게 하여 물건을 집을 수 있도록 해 줍니다. 이와 반대로 창문을 열고 닫을 때는 마찰력이 크면 힘이 많이 들어가기 때문에, 창틀 아래에 바퀴를 넣어 마찰력을 줄여서, 창문을 쉽게 여닫을 수 있도록 합니다. 우리가 타는 자전거도 페달의 톱니와 체인 사이에 마찰력이 크면 페달을 밟을 때, 힘이 많이 들어가기 때문에, 윤활유를 발라서 페달의 톱니와 체인 사이에 마찰력을 줄여 줍니다.

▲ 마찰력이 클 수록 좋은 경우(출처: 에듀넷)

▲ 마찰력이 작을 수록 좋은 경우(출처: 에듀넷)

이와 같이 마찰력이 커질수록 좋은 경우, 마찰력이 작아질수록 좋은 경우 등 우리 일상생활에서 마찰력이 적용되는 것을 많이 볼 수 있습니다.

■ 타이어 무늬의 종류와 역할 

이렇게 중요한 역할을 하는 타이어의 무늬는 용도에 따라 구분할 수 있습니다. 주로 빗길, 흙길과 같이 험난한 길을 많이 가는 차량의 타이어에는 미끄러운 도로에서 잘 미끄러지지 않고 구동력을 좋게 하기 위해 타이어의 홈이 보다 깊고 두껍게 나 있습니다. 이렇게 다양한 곳에 타이어가 쓰이며 용도에 따라 타이어의 무늬는 다양합니다. 타이어 무늬에는 어떤 것들이 있는지 다음 동영상으로 확인해 보세요.

▲ 여러 가지 타이어 무늬(출처: 에듀넷)

자동차 타이어의 무늬의 역할은 다양한 조건의 도로 상황에서 타이어와 도로면 사이의 마찰력을 적절하게 만들어 내어 안전한 운전을 할 수 있게 해줍니다. 그리고 타이어와 도로면이 마찰할 때 생기는 소음을 줄이기 위해, 타이어와 지면 사이의 물이나 이물질을 쉽게 제거하기 위해, 자동차의 연비를 좋게 하기 위해 타이어 무늬에 대한 연구를 많이 합니다. 타이어 제조 회사마다 무늬가 다르며 특허를 가지고 있는 경우도 있습니다.

[자료출처: 에듀넷]