바퀴의 원리와 힘

이상적으로 둥근 바퀴라면, 순수한 이론적인 배경에서는 위에서 차력사가 보인 비행기를 끄는 실험은 어린아이도 쉽게 끌 수 있다.

물체를 끄는 힘에 대해 물리학적으로 알아보면

위의 그림처럼 모든 물체는 그 무게에 비례하는 중력을 가지고 있다. 이 물체를 힘을 주어 끌려고 하면 힘의 반대방향으로 힘이 작용하는데 이 힘이 정지마찰력이다. 무거운 물건일수록 중력이 커지고 이에 비례하여 정지마찰력도 커지기 때문에 더 큰 힘이 필요하게 된다.

바퀴의 경우는 이론적으로 지면과 한 점으로 맞닿아 있기 때문에 똑같은 무게라도 정지마찰력이 작아지게 된다. 그래서 작은 힘이라도 회전력이 생겨 쉽게 끌 수 있는 것이다.

그러나 이것은 이론적으로만 가능한 경우이며 실제는 바퀴에 주어지는 하중 때문에 지면과 한 점으로 맞닿는 것이 아니라 조금 찌그러지며 적당한 면으로 맞닿게 된다. 따라서 그 접촉면의 마찰력을 이겨내는 만큼 작은 힘이 필요한 것이다.

위의 원리로 차력사가 비행기를 잘 끌기 위해선 우선 지면과 접촉면을 작게 하기 위해 타이어의 공기압이 커야하며, 힘이 분산되어 하중을 적게 받을 수 있게 바퀴의 갯수가 많아야 함을 알 수 있다.