자동차도 겨울 탄다

자동차도 사람과 마찬가지로 추위를 탄다. 기온이 내려가면 사람 몸이 움츠러들 듯, 자동차도 시동이 안 걸리는 등 차체 구석구석에 이상징후가 나타난다. 눈길·빙판길로 나설 때면 미끄러져 상처(?) 입기 일쑤다. 자동차는 왜 겨울만 되면 맥을 못 출까? 몇가지 사례를 꼽아 그 이유를 과학적 원리로 풀어보자.

 

●‘끄느냐’·‘미느냐’, 작지만 큰 차이

빙판길 위에서 어떤 차는 쉬 미끄러지지만, 상대적으로 덜한 차도 있다.

크기와 무게에 따라 차이가 나기도 하지만, 중요한 원인 가운데 하나는 ‘구동방식’. 자동차는 앞바퀴를 구동축으로 하는 전륜구동(FF)과 그 반대의 후륜구동(FR), 네 바퀴 모두에 구동력을 전달하는 4륜구동(4WD)으로 나뉜다. 4WD가 상대적으로 덜 미끄러지고,FR이 가장 잘 미끄러진다. 정지할 때가 아니라 차고 나갈 때 그 차이는 더 크다. 얼음 위에 길쭉한 나무토막을 놓고 손가락으로 앞에서 끌면 곧장 나아가지만, 뒤에서 밀면 이내 좌우로 틀어져버리는 것과 같은 이치다.

 

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 이대길 교수는 “바퀴가 겉돌면서 ‘정지 마찰’에서 ‘부분 마찰’로 마찰력을 잃어가면서 미끄러짐이 발생하는 것”이라면서 “곡선 길에서 차의 진행 방향과 구동 바퀴의 방향이 일치하지 않아 마찰력을 쉽게 잃는 후륜 구동 방식의 경우 더 잘 미끄러진다. ”고 설명했다. 최근엔 이같은 미끄러짐 현상을 막기 위해 차량 바퀴의 구동력을 제어하는 시스템도 개발돼 있다.

 

●‘가스차’가 시동이 더딘 이유

연료 값이 싸 각광받는 이른바 ‘가스차’는 기온이 많이 내려가는 겨울철에 시동을 걸기가 쉽지 않다. 그 이유는 가스의 존재적 특성 때문이다. 한국기계연구원(KIMM) LP가스엔진연구사업단 강건용 박사는 “가스 연료로는 통상 부탄이 쓰이는데, 연료 탱크에서 액체 상태로 있다가 압력 차이에 의해 기체로 변해 엔진룸으로 들어가 폭발한다. ”면서 “하지만 기온이 낮아지면 부탄은 기화력이 떨어져 폭발하지 않게돼 시동이 안 걸리는 것”이라고 설명했다.

 

 

 때문에 겨울철엔 기화성이 좋은 프로판이 30% 들어있는 혼합 연료를 쓴다. 요즘 일부 차량에서는 휘발유 차량처럼 액체 상태의 연료를 강제로 고압 분사시키는 새 기술을 적용하는 사례도 늘고 있다.

 

●스노 타이어와 부동액의 비밀

눈 길에서 차가 미끄러지는 이유는 바퀴가 눈을 누를 때 생겨나는 수분이 제대로 배출되지 못해 마찰력을 잃기 때문이다. 때문에 낮은 기온에도 바퀴를 딱딱해지지 않고 부드러운 상태로 유지시켜 마찰력을 높이는 것이 스노 타이어의 기능이다.

또 홈도 깊이 파 마치 ‘눈을 움켜쥐듯’ 주행할 수 있도록 한다. 눈 위에서 신사용 구두 보다는 운동화가 잘 미끄러지지 않는다는 것을 생각하면 이해하기 쉽다.

부동액은 말 그대로 얼지 않는 냉각수를 말한다. 순수한 물의 어는 점은 대기압이 1기압일 경우 섭씨 0도이기 때문에 영하 10도 이하로도 종종 내려가는 겨울철엔 냉각수가 담겨 있는 차량 엔진은 바로 얼게 된다. 이를 막기 위해 에틸렌글리콜이라는 화합물과 알코올류 등을 혼합해 어는 점을 영하 13도 이하로 낮추는 역할을 하는 것이 부동액이다.

 

●정전기와 김서림은 왜?

차에 열쇠를 꽂을 때 ‘빠지직’ 소리와 함께 따가움을 유발하는 정전기는 일반 전기와 달리 이동하지 않고 정지돼 있는 전기다. 물체가 서로 마찰할 때 발생하는 마찰 전기의 일종이다. 습도가 20∼30% 이하로 건조한 겨울철에 주로 발생한다. 습도가 70% 이상인 여름철에는 정전기가 대부분 습기를 통해 공기로 빠져나가 정전기 현상을 거의 느끼지 못한다. 정전기의 순간 전압은 최고 1만∼2만 볼트(V)까지 올라가지만, 전류가 통한 시간이 너무 짧아 열량의 발생이 미미해 감전사는 일어나지 않는다.

 

밤새 얼어붙은 차에 막 올라 시동을 걸면 입김 등으로 인해 차창에 김이 서린다. 이같은 김서림은 따뜻하고 습기가 많은 차내 공기가 차창에 닿아 차가워질 때 수많은 물방울들이 표면에 형성되면서 나타나는 현상이다. 여름철 시원한 음료수가 담긴 컵 겉 표면에 물방울이 생기는 것과 같은 원리다. 춥지만 에어컨을 틀어 차 안 온도를 외부와 비슷하게 만들던가, 히터를 강하게 틀어 차 유리를 덥혀야 한다.