기차 바퀴가 빠지지 않는 이유는 뭔가요

Question

기차가 지나가는걸 보면 바퀴가 레일에 빠지지않고 잘 지나가더라고요 그런데 자석으로 고정된 것도 아닌데 신기합니다 특히 왜 곡선구간에고 바퀴가 레일에서 빠지지 않을까요

Answer 1

안녕하세요. 손호현 과학전문가입니다.

기차의 바퀴는 매우 안전하게 설계되어있는데, 그 비밀은 바퀴의 모양에 있어요. 우리가 쉽게 떠올리는 바퀴의 모양은 원통형이지요? 그런데 기차바퀴는 안쪽으로 갈수록 두꺼운 형태를 하고 있어요. 그 이유는 간단한 실험으로 알 수 있어요. 우선 박스를 이용해서 기찻길 모양의 틀을 만들어요. 그리고 종이컵 4개를 준비해서 2개는 서로 입구 쪽을 마주 닿게 하여 붙이고, 나머지 2개는 바닥 쪽을 마주 닿게 하여 붙여요. 그리고 기찻길 모양 틀의 한쪽을 들어 경사를 주고, 컵으로 만든 2가지 바퀴를 굴러가게 해 보세요. 그럼 안쪽이 좁은 형태의 바퀴는 레일을 쉽게 벗어나고, 안쪽이 넓은 형태의 바퀴는 레일 위를 안정적으로 굴러가는 것을 볼 수 있을 거예요.

이런 현상이 일어나는 이유는 바퀴가 지름이 작은 쪽으로 굴러가려고 하는 성질이 있기 때문이에요. 이것은 어떤 물건을 들 때, 손잡이를 양쪽으로 벌려서 운반하는 것이 더 안정적인 것처럼 양쪽으로 잡아당기는 힘이 생겨서 균형을 유지하게 되는 것이지요. 이렇게 균형이 유지되면 어느 한 쪽으로 바퀴가 밀려나더라도 다시 중앙으로 되돌아가려는 복원력이 작용해요. 그래서 구불구불한 레일에서도 안정적으로 달릴 수 있는 것이지요.