입 안이나 목청 사이의 통로를 좁혀서 날숨이 그 사이를 비집고 나오면서 마찰을 일으켜 나는 자음
( ㅅ, ㅆ, ㅎ )
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끌림계수와 마찰계수
DRAG FACTOR AND COEFFICIENT OF FRICTION IN TRAFFIC ACCIDENT RECONSTRUCTION
1. INTRODUCTION
자동차가 브레이크를 작동한 후 감속비는 교통사고의 분석과 매우 관련이 높으며 만약 자동차가 감속될 때의 거리와 감속비를 알고 있다면 자동차의 최초속도를 구할 수 있다.
자동차의 가속(감속)은 Drag factor, f 와 Coefficient of friction, μ(그리스어 “뮤”)에 관련되어 있으며 Drag factor는 다음과 같은 식에 의해서 가속도와 관련되어 있다.
일반적으로 Drag factor와 Coefficient of friction은 승용형 자동차에 있어서 비슷하며 오토바이와 대형자동차의 Drag factor는 종종 승용형 자동차와 일치하지 않는다.
2. DEFINITION OF FRICTION
마찰은 다른 두 접촉면 사이에 작용하는 힘에 대한 저항이며 마찰을 최소화하는데 많은 연구가 되어지고 있으나 자동차를 정지시키기 위하여 브레이크에 작용하는 마찰은 유용한 것이다.
Coefficient of friction의 정의는 물체에 작용하는 힘(수직)에 대하여 물체를 이동시키기 위한 접선력의 비다.
Coefficient of friction은 물체가 미끄러질 때 수평력(당기는 힘)으로 수직력(차량중량)을 나눈 것이다.
즉,
마찰의 세 가지 형태는 교통사고 분석에서 중요하며
① 정적인마찰
물체가 평평한 표면에서 미끄러지기 시작할 때의 마찰이며 아래와 같다.
출발 후 움직일 때 물체를 끄는 힘보다 출발하기 시작할 때 물체에 작용하는 힘이 더욱더 많이 필요하며 수평력 F는 출발 후 계속 움직일 때 보다 미끄러지기 시작할 때가 크다.
② 동적인마찰
동적인 마찰 또한 정적인 마찰과 같은 식을 사용하지만 F는 미끄러진 후 물체에 작용하는 힘을 말한다. 물체에 작용하는 힘은 정적인 마찰에서 물체에 작용하는 수평력보다 작다.
③ 구름마찰(구름저항)
자동차가 브레이크를 작용하지 않은 상태에서 작용하는 마차를 말하며 일반적으로 구름마찰의 계수는 아주 작으며 교통사고 분석에 있어서 중요하게 작용하지 않는다.
제동 시(비 ABS 장착 차량) 브레이크가 작동하기 시작할 때와 완전히 브레이크가 작동될 때까지의 시간지연은 매우 짧다. 브레이크가 작동되기 시작하여 완전제동 시까지 시간지연은 속도 64km/h에서 0.12초가 소요된다. 또한 에어브레이크를 사용하는 자동차는 시간지연이 승용차보다 길어지게 된다.
3. BASIC ASSUMPTIONS FOR FRICTION
미끄럼마찰은 몇 가지 상황은 일반적으로 일정하며 마찰의 특성은 다음과 같다.
① 만약 도로면이 수평하고 물체를 미끄러지게 하기 위한 수평력은 물체의 무게와 비례한다. 물체의 무게가 20% 증가한다면 수평력도 20% 증가하게 된다.
② 동적인마찰은 정적인마찰보다 작다. 물체가 미끄러지기 시작한 후 계속 가해진 힘은 물체를 정지시키기 위한 힘보다 작다.
③ 마찰력은 물체가 접촉하는 표면적에 관계없다.
④ 마찰력은 차량의 속도가 변화될 때 변하지 않는다. 마찰력은 고속과 저속에서 일정하다.
⑤ 마찰력은 온도 변화에 따라 변하지 않는다. 온도가 0도나 30도에서 일정하게 나타난다.
*무게에 대한 마찰력 비
만약 평평한 도로면에 자동차의 휠(wheel)이 정지했다면 자동차의 무게가 더해져 수평력이 증가한다면 즉 자동차의 무게가 20%증가하면 수평력도 약 20% 가까히 증가하게 된다.
마찰능력은 하중이 증가하면 감소하며 큰 타이어를 장착한 트럭과 소형 타이어를 장착한 승용차의 마찰계수가 같다고 생각치 말아야 한다. 트럭의 타이어는 많은 하중이 작용을 하고 있기 때문에 트럭과 승용차의 타이어는 다른 특성을 가지고 있으며 승용차의 마찰력은 자동차의 크기에 따라 많은 차이가 없다. 소형차, 중형차 그리고 대형차에 있어서 비슷한 종류의 타이어를 장착하여 45 km/h의 속도로 주행 중 휠(wheel)이 정지하여 미끄러질 때 본질적으로 같은 마찰계수를 갖는다.
*동적마찰과 정적마찰
정적마찰에서 동적마찰로 변화에 대하여 타이어에 작용하는 도로의 끌림 시작에서부터 휠(wheel)이 정지하여 스키드(skid)가 발생하는 원인에 대하여 고려를 해야 한다.
① 제동전 -휠(wheel) 회전(wheel has full rotation)
(도로면에 접촉한 타이어의 속도가 “0”이 되었을때 순간적으로 정지)
② 브레이크 작동(brakes are applied) 초기
-타이어 면이 도로면에 의해 지연력이 발생된다.
③ 제동력 작용
-타이어가 탄성력이 있기 때문에 불규칙하게 도로면에 압력을 가한다.
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마찰력에 대하여
마찰력은 근본적으로 두 물체의 표면에 있는 원자들 사이에 작용하는 힘이므로 두 물체가 접촉하면 원자들이 서로 달라붙는다.
이 달라붙은 원자들이 서로 움직이면서 소리를 내기도 하고 열을 발생하기도 한다.
마찰력은 정지마찰력과 운동마찰력이 있는데, 움직이지 않을 때 작용하는 마찰력을 정지마찰력, 운동하고 있는 물체에 작용하는 마찰력을 운동마찰력이라 한다.
우리가 물체를 밀 때 일정한 힘 이상을 가하게 되는데, 이를 최대정지마찰력이라 하고 그 이후 물체가 움직이기 시작하는 데는 운동마찰력이 작용한다.
정지마찰력에서 운동마찰력은 갑자기 이루어지는 것이 아니라, 달라붙음-미끄러짐의 과정으로 이루어진다.
<레오나르도 다 빈치의 마찰이론>
(우리가 익히 알고 있는 그 다 빈치는 이탈리아 빈치마을에서 지방공무원이었던 공증인과 여관의 종업원이었던 하녀 사이에서 사생아로 태어났다)
1. 마찰력은 물체의 재질이 다르면 크기도 다르다
2. 모든 물체는 미끄러지려하면 마찰력이라고 하는 저항이 발생한다.
이 마찰력의 크기는 표면이 매끈한 평면과 평면과의 마찰일 경우, 그 중량의 4/1이다.
3. 두 개의 마찰하는 물체의 경도가 다른 경우에 연한 재질이 단단한 재질을 마모시킨다.
이유는, 끼어진 제3물질이 연한쪽 재질의 마찰면에 끼어들어 고정되고 그 면은 줄과 같은 작용을 하여 그것이 단단한 쪽 재질을 마모시킨다.
또한 그는 모래알의 마찰연구에서
미끄럼마찰과 구름마찰의 존재를 이해했고, 특히 그 당시 기술자들이 예견했던 접촉면적에 따른 마찰력의 크기가 다르다는 사실을 과감히 배제하여 마찰력이 접촉면적에 관계되지 않는다는 사실을 입증했다.
<오일러(1707~1783)의 마찰이론>
1. 정지마찰계수는 운동마찰계수보다 크다.
2. 운동마찰계수는 미끄럼 속도가 변해도 거의 바뀌지 않는다.
즉, 운동마찰계수는 물체의 속도와는 무관하다.
물체의 평면상의 평형문제를 마찰력을 고려해서 다루었을 뿐만 아니라, 마찰력을 동역학의 체계에 처음으로 짜넣었다.
즉, 물체가 빗면이나 수평면 위에 정지해 있는 상태에 있어서의 마찰력이 아니라, 빗면을 미끄러져 내린다거나 수평면 위를 달려가는 물체의 운동 속에 짜넣은 것이다.