자동차의 공기 저항을 줄이는 방법에는 어떤 것이 있을까요?

안녕하세요! 유스로거 정지석입니다. 자동차 운전자라면 한 번쯤 눈여겨 봐야할 자동차 이야기를 소개해드릴까 하는데요. 오늘 이야기할 주제는 바로 자동차의 공기 저항에 대한 이야기입니다. 요즘 어딜가나 연비에 대한 이야기들이 많은데, ‘어떻게 하면 기름값을 좀 더 아낄 수 있을까?’ 고민에 빠지신 여러분께 조그마한 Tip을 드리고자 합니다!

자동차의 연비를 더 좋게 만드는 방법은 무엇일까요? 그 비밀은 바로 ‘자동차와 공기저항’에서 찾을 수 있을 것 같습니다. 여러분도 학창시절 과학시간에 공기저항이라는 말을 많이 들어보셨죠? 공기저항은 우리가 움직일 때 항상 적용되고 있지만 크게 체감하지 못하는데요. 하지만 아주 작은 저항도 자동차 운행에 있어서는 매우 중요한 요소로 작용한답니다! 

자동차가 좀 더 빠르고! 조용하게! 그리고 효율적으로 달리기 위해서는 공기저항에 대해 잘 알아야 합니다.

'공기저항'이란 무엇일까요?

공기저항은 운동하는 물체가 공기로부터 받는 저항입니다. 공기저항은 물체와 공기의 상대 속도 크기 따라 크게 2가지 작용으로 나눌 수 있습니다!

 

① 점성저항 : 물체가 저속이어서 공기의 흐름이 층류가 되는 범위에서는 공기의 점성에 의한 마찰저항이 작용하여 그 크기는 공기와 물체의 상대속도의 크기에 비례하는 공기저항입니다.

② 관성저항(형상저항) : 물체의 빠르기가 커져서 층류가 허물어지기 시작하면 물체의 배후에 소용돌이가 생겨 저항력은 상대 속도의 제곱에 비례해서 커지게 됩니다. 이때 점성 저항은 미약하기 때문에 점성과 관계없고, 물체가 공기에 미치는 힘의 반작용에 의해 공기로부터 받는 공기저항입니다.

두 개의 저항 중 자동차의 운행에 크게 영향을 미치는 저항은 무엇일까요?

 

바로 관성저항입니다. 자동차는 매우 빠르게 달리므로 관성저항이 커서 난류 혹은 와류가 생기게 됩니다.  

자동차를 운행할 때 생기는 공기저항은 자동차의 정면 면적에 비례하고, 자동차 속도의 제곱에 비례하게 됩니다.

Ra=λAV2

A :  자동차의 투영된 정면 면적(m2)

V : 운행 중 자동차의 속도(km/h)

λ : 저항 계수

 

그렇다면 공기저항으로 생긴 와류는 어떤 영향을 미칠까요? 그것은 골프공을 보면 알 수가 있습니다.

 

골프공을 보면 표면에 많은 구멍이 있는 것을 볼 수 있습니다. 표면에 구멍이 없는 공은 날아가면서 와류가 크게 생깁니다. 

하지만 우리가 알고 있는 골프공은 표면의 구멍 때문에 골프공의 뒷면에 와류가 생기지 않고 공기저항이 줄게 됩니다. 따라서 구멍이 없는 골프공보다 더 멀리 날아갈 수 있습니다!

이러한 현상은 자동차에서도 똑같이 적용됩니다. 자동차의 와류가 클수록 공기저항은 이와 비례해서 커지며, 똑같은 거리를 주행하더라도 더 큰 에너지를 소모하게 됩니다. 즉, 기름을 더 많이 소모한다는 뜻입니다. 

이런 이유 때문에 자동차 회사들은 공기저항을 줄이기 위해 많은 노력을 기울여 왔습니다. 

구체적으로 말하면 자동차가 어떤 형태냐에 따라 저항계수가 달라지기 때문에 이러한 연구를 통해 저항계수를 줄이려는 노력을 많이 해왔던 것입니다. 그리고 이는 자동차의 디자인과도 연관됩니다. 

형체의 공기저항을 줄이는 방법은 그의 표면과 흐르는 공기가 자연스럽게 흘러가게 하는 것입니다. 그리고 그 노력으로 과거 마차와 같던 네모난 자동차는 점차 유선형으로 발달하게 되었고 결국 현재의 자동차 형태에 이르게 되었습니다.

그러면 실질적으로 이러한 공기저항을 줄임으로써 운전자가 얻을 수 있는 효과는 얼마나 될까요? 

에너지 관리공단의 연구결과에 따르면 같은 차로 공기저항을 10% 줄이면 100Km당 추가 연료 소비량이 2리터가 감소하는 것으로 나타났습니다. 이것은 속도와도 관련이 있는데, 느린 속도 보다는 빠르게 주행하는 자동차에서 연비 감소 효과가 더 크게 나타났습니다. 위에서도 언급되었듯이 공기저항은 속도 제곱에 비례하기 때문입니다.

그렇다면 공기저항을 줄이기 위해, 즉! 연비를 높이기 위해서는 어떻게 하면 좋을까요?

① 차량 외부 액세서리는 가급적 하지 않는 것이 좋습니다! 

 

차량 위에 자전거를 올려놓거나, 짐을 싣는다면 공기저항을 더 가중시켜 연료 소모량이 더 많아집니다. 따라서 차량 외부 액세서리를 줄인다면 자동차의 연비를 늘릴 수 있습니다.

② 고속도로에서는 창문을 열고 자동차를 운행하지 않는 것이 좋습니다!

연구 자료에 따르면, 소형자동차(1,600cc)의 경우 고속 주행 시에 창문을 닫고 주행할 때보다 창문을 열고 주행할 때 연비가 최저 0.5%에서 최고 2.7%까지 떨어지는 것으로 나타났으며, 중형자동차(2,000cc)의 경우 최저 2.4%에서 최고 3.9%까지 저하, 대형자동차(2,500cc)의 경우 최저 2.7%에서 5.3%까지 저하되는 것으로 나타났습니다! 

따라서 고속주행을 할 때에는 창문을 닫는 것이 기름값 절약의 지름길이겠죠?

③ 마지막으로 자동차에 날개(스포일러)를 달아 주는 것입니다!

위에서 외부에 액세서리를 달지 말라고 했는데 날개는 왜 설치하는지 궁금하실 텐데요. 날개는 고속 주행 시 아주 중요한 역할을 해줍니다!

자동차 날개는 차량 뒤쪽의 와류 발생을 줄여줍니다. 이를 통해 연비향상을 기대할 수 있고, 차량이 붕 뜨는 현상도 막을 수 있습니다. 주행의 안정감도 더해 줄 수 있지요. 그리고 자동차를 멋지게 만들어주기도 합니다. ^^

지금까지 공기저항과 차량, 그리고 연비와의 관계를 살펴보았습니다! 사소한 부분 하나에도 과학이 녹아들어 있다니 정말 감탄하고 또 감탄할 따름입니다! 

구슬이 서 말이라도 꿰어야 보배다! 

이제 기름값 아끼는 법을 알았으니 당장 실천해서 우리 모두 연비왕이 됩시다. ^^