마찰의 원리와 작용
마찰력은 항상 운동을 억제하는 작용을 한다. 한 면을 다른 면에 비빌 때나 공기, 물, 그 외의 액체나 기체 속을 통과할 때 마찰력이 생긴다. 마찰이 생기는 이유는 가까이 있는 두 면이 서로 잡아당기기 때문인데, 두 면을 세게 누를수록 더 강하게 끌어당기게 된다. 기계에도 마찰력이 있어서 기계를 작동하기 위해 전달된 에너지의 양과 똑같은 양만큼 일할 수가 없다. 바로 마찰로 인해 잃어버린 에너지가 있기 때문인데 이때 잃어버린 에너지는 열과 소리로 나타낸다. 그로 인해 기계가 과열되거나 이상한 소리가 들리게 되는데 이것들은 기계가 작동 상황을 점검해봐야 하는 것이다. 기계를 설계하거나 만들 때 마찰력의 억제력을 줄여 높은 효율의 기계를 만들려고 노력한다. 하지만 마찰력을 그대로 사용해 기계를 만들기도 한다. 자동차 타이어가 길을 달릴 때와 멈출 때 그리고 방향을 바꿀 때 모두 마찰력을 이용하게 된다. 타이어와 도로 사이에 마찰력이 생기고 엔진으로부터 온 힘을 움직이는 힘으로 바꿔서 움직이게 되는 것이다. 타이어에 있는 홈은 노면에 물 같은 얇은 막이 생겨도 마찰력을 잃지 않도록 하는 역할을 한다. 낙하산은 공기의 저항을 받아 천천히 내려올 수가 있다.
클러치
기계의 한 축에서 다른 한 축으로 동력을 연결했다 끊었다 하는 장치가 클러치이다. 여러 가지 형식의 클러치가 있는데 교합식, 원추식, 원판식, 전자식, 마찰식 등이 있다. 이 중 자동차의 클러치는 마찰을 이용한 클러치로 엔진의 크랭크축 회전을 변속기에 전달함으로 차 바퀴가 돌게 한다. 또 클러치는 회전을 느리게 해서 차가 부드럽게 나갈 수 있게 한다. 수동기어가 달린 자동차의 클러치 페달을 밟으면 클러치가 분리된다. 페달은 스러스트 패드를 움직여 클러치 커버 중앙에 있는 지레를 누른다. 지레가 눌리며 클러치판에 붙어 있던 압력판을 떼어놓고 크랭크축에의 해 돌고 있는 플라이휠을 전동축에서 분리한다. 클러치 페달에서 발을 떼면 스프링이 앞력 판과 클러치판을 플라이휠 쪽으로 붙게 된다. 클러치판의 표면에 마찰력이 작용해서 클러치판이 부드럽게 맞물리게 해서 급격하게 움직이지 않게 한다.
싱크로메시
싱크로메시는 자동차의 변속기 안에 있는데 차가 달리는 중에 기어를 바꿀 때 톱니바퀴의 원주 속도가 서로 달라 원활하게 맞물리기 힘들다. 그래서 회전 속도가 다른 두 개의 기어를 맞물릴 때 미리 기어 속도를 같아지게 만들어 차 바퀴가 달그락 거리는 것을 막는다. 전진 기어를 선택하기 전에는 기어 상태가 엔진에 의해 전동축에서 걸림 없이 돌고 있다. 이때 기어를 넣기 위해서 기어와 전동축의 속도를 같게 만들어 회전시키면서 맞물리게 해야 한다. 이럴 때 달그락거리지 않게 싱크로 메시가 마찰을 이용해 부드럽게 만들어 준다. 기어 선택 포크는 전동축과 같이 돌고 있는 칼라를 누르고 전동축을 따라서 미끄러지게 만든다. 칼라의 역할은 기어에 붙어있는 콘에 밀착해 기어의 속도를 조절하며 둘의 속도를 같게 만든다. 그 뒤 칼라의 바깥쪽 링 기어는 콘 위에 있는 송곳니 모양의 돌기와 만나 칼라를 기어에 고정한다.
자동차의 브레이크
자동차가 빨리 달리고 있을 때 그 자동차를 멈추려면 브레이크는 자동차의 달리는 힘보다 더 큰 힘이 있어야 한다. 브레이크는 이 큰 힘을 고작 손바닥만 한 면적에서 일어난 마찰로 만들어 낸다. 이렇게 브레이크의 제동력이 강한 이유는 브레이크 패드와 디스크, 브레이크슈와 브레이크드럼이 강한 힘으로 서로를 밀로 있기 때문이다. 별다른 보조장치를 쓰지 않는 브레이크는 운전자가 브레이크를 발로 밟을 때의 힘을 유압으로 증폭시킨다. 파워 브레이크는 엔진을 이용해 부분을 진공으로 만들면서 브레이크를 분리해 놓는다. 그래서 브레이크 페달을 밟을 때 공이의 유입이 생기고 그 공기의 압력으로 브레이크를 제동 위치에 붙게 해서 마찰을 일으킨다.
석유 굴착 시설
굴착 시설을 만들 때는 대부분 단단한 바위에 구멍을 깊게 뚫고 그 위에 만든다. 굴착용 톱니는 바위를 부수면서 땅속을 파고 내려간다. 굴착을 할 때는 많은 열이 발생해서 냉각된 진흙물 펌프를 통해 흘려보내면서 굴착하는 톱니의 열을 식힌다. 석유 굴착 시설은 유전을 찾아서 육지와 바다에 세운다. 바다에 있는 해양 굴착 시설은 바다 위에서 작업이 어려워 긴 다리를 놓고 설치하거나 닻을 내려서 띄워놓게 된다.
마찰에서의 해방
마찰은 모든 기계설비에서 제약을 발생시키기 때문에 이 마찰을 줄이려는 많은 노력이 있다. 볼베어링 은 안쪽 바퀴와 바깥쪽 바퀴가 서로 방해 없이 부드럽게 움직일 수 있도록 해준다. 롤러 베어링 은 볼 대신에 원통 꼴의 롤러인데 볼과 똑같은 작용을 한다. 또 자동차의 윤활 작용은 자동차의 수많은 부품을 움직이는 데 중요한 역할을 한다. 현가장치, 조향장치, 변속기, 차동장치 등은 움직이는 부분에 오일등을 채우면 되지만 엔진은 오일탱크가 따로 있어서 오일을 빨아들이고 순환시키면 오일은 다시 통으로 돌아오는 순환을 하게 된다
영구운동
좋은 베어링과 좋은 윤활유도 마찰을 완전히 없애지는 못한다. 꾸준히 연료나 전기를 공급해야지 그렇지 않으면 운동은 늘지다가 결국 멈출 것이다. 그래서 영구운동을 하는 기계는 지구에서는 불가능하다. 하지만 공기 없는 우주에서는 영구운동이 가능하다. 마찰이 없어서 우주선의 속도가 느려지는 법도 없다. 그래서 일단 우주공간에 도달한 우주선은 더 이상 엔진이 작동하지 않아도 영원한 운동을 할 수 있다. 지금도 우주 탐사선은 영구운동을 하며 멀리 떨어진 별을 향해 영구운동을 하고 있다.
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