마찰력 - 바퀴 구동, 바닥 걸음, 빙판 걸음

 

우리가 걷는 것도 마찰력이 있기에 걸어 앞으로 나아갈 수 있는 것이고

바퀴가 바닥을 밀며 굴러 앞으로 나아갈 수 있는 것이다.

 

얼음 바닥에서 미끄러지는 것은 마찰력이 부족하여 미끄러지며

자동차 바퀴가 얼음 바닥에서 헛도는 것도 같이 마찰력이 부족하기에 일어나는 현상이다

 

 

미끄러진다 = 힘이 전달되지 못하고 헛돌며 낭비된다

운동마찰 안에서 바퀴가, 발이 바닥을 밀고 나간다

 

 

발 바닥이 사선방향으로 바닥을 미는 힘에 의해

바닥은 뒤쪽,사선방향으로 힘을 받고

반대로 발은 마찰에 의해 움직이지 않고

= 위에서 바닥에 가한 힘/에너지로 반작용 힘을 받는다

= 바닥이 발바닥을 앞쪽의 사선으로 미는 마찰력 및 수직항력을 받게 된다.

마찰력 : 발바닥이 지면을 뒤로 미는 힘에 저항하여 발이 뒤로 밀어내는 힘의 방향으로 가지 못하게 막는 힘 = 앞으로 작용)

수직항력 : 발바닥이 지면을 밑으로 미는 힘에 저항/받치는 힘 = 위로 받침, 밀어올림

 

 

그로인해 우리가 움직일 수 있는,

움직이고자 하는 방향으로의 힘이 발바닥에 작용하여 앞으로 나아가는 것이다.

 

어찌보면,

안정적으로 뛰기 위해 우리가 몸을 앞으로 기울이는 것은

안정적으로 언덕을 오르기 위해 몸을 앞으로 기울이는 것은

힘이 발에 작용하여 불안정한 직선운동이 아닌, 안정적인 직선 운동을 위한 밸런스를 맞추는 기울이지 않을까

기울이지 않으면 불안정히 몸의 상단부가 뒤로 쏠리는 느낌을 받기 쉽다.

 

(단, 뛸 때 몸을 앞으로 기울이기는 추가적인 코어 힘 등이 필요할 수 있다)

 

 

몸의 무게 중심을 낮추게 되는 것도 비슷한 이유이지 않을까

특히, 빙판길이나 스케이트, 인라인스케이트 등을 탈 경우 ?

 

걷는 것도 마찰력이 있기에 걸어 앞으로 나아갈 수 있는 것이고

바퀴가 바닥을 밀며 굴러 앞으로 나아갈 수 있는 것이다.

 

 

 

얼음 바닥에서 미끄러지는 것은 마찰력이 부족하여 미끄러지며

자동차 바퀴가 얼음 바닥에서 헛도는 것도 같이 마찰력이 부족하기에 일어나는 현상이다

 

 

 

미끄러진다 = 힘이 전달되지 못하고 헛돌며 낭비된다

운동마찰 안에서 바퀴가, 발이 바닥을 밀고 나간다

 

 

 

 

 

 

 

마찬가지로 바퀴가 앞으로 나아가는 것도 노면과 바퀴의 마찰에 의한 구동력이 발생하는 것이다.

 

바퀴가 차체의 하중 + 스프링과 댐퍼의 탄성력을 받아 노면에 붙은 상태에서

자동차의 바퀴가 엔진/모터로부터 회전력을 받아,

바퀴는 해당 회전력으로 회전하려 한다.

위의 차체 하중과 스프링/댐퍼의 탄성력에 의해 노면에 붙은 상태로 고정된다.

ㄴ 위의 하중과 탄성력에 의한 수직항력으로, 노면과 바퀴의 탄성계수에 맞는 마찰력이 발생하며, 바퀴가 헛돌지 않게 되는 것이다

ㄴ 노면이 불안정하여 차체가 뜨는 경우가 생긴다면, 스프링/댐퍼가 그 충격을 완화하고, 차체의 무게가 더해진 탄성력으로 차체를 다시 노면에 붙여주는 것이다.

 

바퀴가 헛돌지 않음으로써 노면을 밀고, 노면과 바퀴면이 붙어, 바퀴가 점점 굴러가게 되는 것이다.

 

힘의 방향을 그려보면,

하중과 탄성력 + 그에 의한 수직항력이 있고

바퀴가 노면을 미는 힘이 있을 것이고

바퀴가 노면을 미는 힘의 반력인 구동력이 나오게 된다.

 

이 구동력은 바퀴가 헛돌지 않게 잡아주는 마찰력과 같은 크기만큼 발생하게 된다.

그렇기에 바퀴가 굴러 나가는 힘이 노면과의 마찰력이라 하는 것이다.

 

 

반대로 얼음 판 위에서는

마찰 계수가 작다

그렇기에 마찰력이 작고, 마찰력을 넘는 운동에너지/회전력이 바퀴로 전달되어 움직이기 시작하면

마찰력을 넘어서기에 운동마찰로 넘어가고, 바퀴가 미끄러지는 허들이라는 마찰력 자체가 낮아지기까지 하기에 바퀴가 헛돌아 버리는 것이다

= 얼음판 위에서 바퀴가 움직이게 되는 것이다.

노면을 누르고 헛돌지 않는 상태(노면에서 움직이지 않는 상태)로 앞으로 나아가는 것이 아닌,

노면과 상대적으로 운동을 함으로, 빙판 위에서 헛도는 것이다.

(마찰력으로 노면과 바퀴가 붙들려 붙어있는 것이 아닌, 서로 상대운동 미끌어지고 서로에 대해 이동하는 현상)

 

 

마찬가지로,

얼음 판 위를 걸어가기 위해

약간 힘을 빼듯이 움직이는 것이

우리는 미끄러지지 않는 것을 어렴풋이나마 알고 있다.

임의로 바닥을 밀어내는 힘을 줄임으로써 빙판과 신발 바닥의 마찰력을 넘지 않는 힘만 주어

약한 힘으로 바닥을 밀고 나아가기 위함이다.