기차는 타이어 없이 어떤 마찰로 굴러가는거죠?

Question

가차 탈때 가만히 보면 타이어가 없이 철로된 바퀴만 있습니다. 그게 마찰이 일어나서 앞으로 갈 수 있나요? 어떤 원리인지 궁금하네요.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

기차는 철로 위에서 굴러가기 때문에, 철로와 바퀴 간의 마찰력으로 움직입니다. 기차의 바퀴는 철로와 접촉하는 부분이 철로의 모양을 따라가도록 만들어져 있어서, 기차가 철로 위에서 굴러갈 때 바퀴가 철로와 접촉하는 면적이 최대한 커지도록 되어 있습니다. 이렇게 하면 바퀴와 철로 사이의 마찰력이 최대한 커지기 때문에, 기차가 철로 위에서 움직이는 데 필요한 힘이 최소화됩니다.

기차의 바퀴는 또한 중앙에 높은 부분이 있어서, 이를 중심으로 바퀴가 회전할 때 발생하는 원심력이 철로와의 마찰력을 더욱 강화시킵니다. 이렇게 바퀴와 철로 간의 마찰력을 최대화시켜서, 기차는 철로 위에서 안정적으로 움직일 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.

기차는 바퀴가 아닌 철로 위의 레일(rail)을 따라 굴러가는데, 이때 마찰력을 이용하여 움직입니다. 각 차량의 바퀴는 기울어진 레일에 의해 작용하는 수직력과 마찰력으로 인해 회전하면서, 레일과 차량의 바퀴 사이에서 마찰력이 발생하여 기차를 전진시킵니다. 또한, 차량과 차량 사이의 연결 부위에는 쿠플러라는 장치가 있어서, 이를 통해 차량들이 서로 연결되어 전체적으로 이동하게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.기차는 바퀴와 철로 간의 마찰로 움직입니다. 기차의 바퀴는 원통형으로 되어 있고, 철로와 바닥면에서 서로 마찰하면서 움직입니다. 이 마찰력은 기차를 움직이는데 필요한 힘으로 작용하며, 그리고 이 마찰력이 작용함에 따라서 기차가 철로 위를 굴러가게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 박병윤 과학전문가입니다.

기차가 강철로 만든 레일 위에서 운행하기 때문에 강철 바퀴와 강철 레일이 만났을 때는 마찰계수가 작으므로 미끄러지듯이 이동할 수 있습니다.
기차의 바퀴에 타이어를 장착한다면 승차감은 더 좋아질수는 있지만 타이어에 엄청난 하중이 가해질 것이고, 마찰계수가 커지기 때문에 평소보다 속도가 동일한출력대비 낮아지게 될 것입니다.

마찰계수가 낮기때문에 미끄러움에는 조금 취약할 수 있어 , 눈이나 비가오는날에는 더 낮아진 마찰계수를 끌어올리기위해 일부구간 모래를 뿌리기도 합니다.

도움이 되셨나요.

감사합니다.

Answer 5

안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.

팬터그라프라는 집전기에서 전기를 받습니다. 이 전기는 컨버터로 가게 되지요. 컨버터에서 일정량으로 전압을 분해시킵니다. 나머지는 객차 에어콘,형광등,운전실에 쓰이고 필요하게 남은 전압은 모터로 가게 됩니다.

여기서 모터는 전압을 받아 반도체의 힘으로 돌아가게 됩니다. 모터랑 기차바퀴에 있는 어떤 맞물리는 톱니가 있는데 이 톱니는 기어박스입니다. 기관사 또는 승무원이 기어를 놓게 되면 기어박스에 톱니가 모터에 톱니와 맞물려서 모터가 돌아가면서 생기는 힘을 바퀴에 보내서 바퀴가 돌아가면서 움직이게 됩니다.