기차의 바퀴는 왜 타이어가 없나요?

Question

자동차의 바퀴 등에는 마찰력과 접지력때문에 고무 타이어가 있는데, 기차나 지하철 등에는 왜 고무 바퀴가 없나요?

레일 위를 달리는 것과 땅위를 달리는 것에는 큰 차이가 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

자동차와 기차/지하철 등 교통 수단이 사용하는 바퀴의 차이점은 지형과 운행 환경에 있습니다.

자동차의 경우, 도로 표면과 접지하는 고무 타이어는 마찰력과 접지력을 이용하여 움직입니다. 그러나 기차와 지하철은 레일 위에서 운행되므로, 레일과 바퀴 사이의 접촉면이 매우 작습니다. 이 접촉면이 작아서 바퀴가 미끄러지지 않고 안정적으로 운행됩니다.

또한, 기차와 지하철의 바퀴는 고무가 아닌 철강으로 만들어져 있습니다. 이는 기차와 지하철의 운행 중에 발생하는 열에 대한 내구성이 요구되기 때문입니다.

따라서, 레일 위에서 운행되는 기차와 지하철은 지형의 변화에 대한 적응성이 낮지만, 레일 위를 달리면서 안정적으로 운행할 수 있어서 높은 속도와 대량의 운송이 가능합니다.

Answer 2

안녕하세요. 과학전문가입니다.

기차는 정해진 시간에 출발 및 도착이 가능한 큰 장점이 있는 운송수단입니다. 자동차와는 에너지 사용 방식이 다릅니다.

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Answer 3

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 그이유는 기차가 강철로 만든 레일 위에서 운행하기 때문입니다. 강철 바퀴와 강철 레일이 만났을 때 마찰계수가 작으므로 보다 적은 에너지로 미끄러지듯이 이동할 수 있습니다. 이렇게 이동하면 많은 사람과 짐이 기차에 실려도 에너지를 상대적으로 적게 쓴다는 장점이 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

이것은 강철이 튼튼하고 값도 비교적 싼 때문이기도 하지만 무엇보다 강철바퀴와 강철레일 사이에 작용하는 마찰계수가 다른 재료에 비하여 작기 때문입니다.

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마찰계수란 쉽게 말해 "서로 접촉하고 있는 물체를 움직이려고 힘을 가할 때 이 움직임을 방해하는 정도"인데 얼음판 위에서 스케이트 탈 때를 생각해 보면 쉽게 이해할 수 있죠. 얼음판 위에서는 힘 들이지 않고도 신나게 스케이트를 탈 수 있는 것은 얼음판과 스케이트날 사이의 마찰계수가 낮기 때문입니다.

Answer 5

기차를 타보면 가끔 덜컹거리긴 해도 불편하지는 않습니다.

왜냐하면, 기차가 강철로 만든 레일 위에서 운행하기 때문입니다.

강철 바퀴와 강철 레일이 만났을 때는 마찰계수가 작으므로 미끄러지듯이 이동할 수 있습니다.

이렇게 이동하면 많은 사람과 짐이 기차에 실려도 에너지를 효율적으로 사용하면서 빠르게 이동할 수 있는 장점이 있습니다.

이런 기차의 바퀴에 타이어를 장착한다면 승차감은 더 좋아질지도 모르겠습니다.

하지만 타이어에 엄청난 하중이 가해질 것이고, 평소보다 속도가 느려질 겁니다.

그리고 타이어 관리에도 엄청난 비용이 들어갈 겁니다.