2020년06월06일 105번
[교통안전] 차량이 급정지할 때 운전자의 핸들 조향에 의해 측반향으로 쏠리면서 도로 위에 미끄러져 요마크(Yawmark)를 형성하였다면, 차량이 미끄러질 때의 속도는? (단, 도로는 평지이고 타이어와 노면의 횡방향 마찰계수는 0.3, 요마크의 곡선반경이 100m이다.)
- ① 약 62km/h
- ② 약 72km/h
- ③ 약 82km/h
- ④ 약 92km/h
(정답률: 54%)
문제 해설
차량이 급정지하여 핸들 조향에 의해 측반향으로 쏠리면서 요마크를 형성하였다는 것은, 차량이 회전운동을 하고 있다는 것을 의미한다. 이때 회전운동의 반경은 요마크의 곡선반경인 100m이다.
회전운동에서 중력과 마찰력이 작용하게 되는데, 중력은 중심방향으로 작용하고 마찰력은 반경방향으로 작용한다. 따라서 마찰력이 중심방향으로 작용하는 중력을 상쇄시키기 위해서는 마찰력이 중력과 같은 크기를 가져야 한다.
마찰력은 타이어와 노면의 횡방향 마찰계수와 수직방향의 노력에 비례한다. 따라서 마찰력은 타이어와 노면의 횡방향 마찰계수가 0.3일 때, 수직방향의 노력에 비례한다. 수직방향의 노력은 차량의 무게와 같으므로, 차량의 무게가 클수록 마찰력도 커진다.
따라서 이 문제에서는 차량의 무게가 주어지지 않았으므로, 마찰력을 구할 수 없다. 하지만 요마크의 곡선반경이 100m이므로, 차량이 회전운동을 하고 있다는 것을 고려하여 최대 속도를 구할 수 있다.
회전운동에서 최대 속도는 다음과 같이 구할 수 있다.
v = sqrt(μr g)
여기서 v는 최대 속도, μ는 타이어와 노면의 횡방향 마찰계수, r은 회전운동의 반경, g는 중력가속도이다.
따라서 v = sqrt(0.3 x 100 x 9.8) = 약 17.4m/s = 약 62km/h 이다.
따라서 정답은 "약 62km/h"이다.
회전운동에서 중력과 마찰력이 작용하게 되는데, 중력은 중심방향으로 작용하고 마찰력은 반경방향으로 작용한다. 따라서 마찰력이 중심방향으로 작용하는 중력을 상쇄시키기 위해서는 마찰력이 중력과 같은 크기를 가져야 한다.
마찰력은 타이어와 노면의 횡방향 마찰계수와 수직방향의 노력에 비례한다. 따라서 마찰력은 타이어와 노면의 횡방향 마찰계수가 0.3일 때, 수직방향의 노력에 비례한다. 수직방향의 노력은 차량의 무게와 같으므로, 차량의 무게가 클수록 마찰력도 커진다.
따라서 이 문제에서는 차량의 무게가 주어지지 않았으므로, 마찰력을 구할 수 없다. 하지만 요마크의 곡선반경이 100m이므로, 차량이 회전운동을 하고 있다는 것을 고려하여 최대 속도를 구할 수 있다.
회전운동에서 최대 속도는 다음과 같이 구할 수 있다.
v = sqrt(μr g)
여기서 v는 최대 속도, μ는 타이어와 노면의 횡방향 마찰계수, r은 회전운동의 반경, g는 중력가속도이다.
따라서 v = sqrt(0.3 x 100 x 9.8) = 약 17.4m/s = 약 62km/h 이다.
따라서 정답은 "약 62km/h"이다.
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