아버지와 함께 파인우드 더비 자동차를 만든 좋은 추억이 많은 전직 컵 스카우트로서 다음은 도움이 될 만한 몇 가지 생각입니다.
파인우드 더비 자동차가 중력 의 영향으로 트랙을 굴러 떨어진다는 기본적인 사실부터 시작하겠습니다 . 잠시 트랙을 무시하십시오. 두 대의 소나무 더비 자동차를 타고 진공 상태에 빠뜨렸다고 가정해 보겠습니다. 깃털과 무거운 쇠구슬을 진공 상태에서 떨어뜨리는 실험을 우리 모두 본 적이 있습니다. 그리고 우리는 깃털과 공이 같은 속도로 떨어진다는 것을 압니다. 따라서 소나무 더비 경주가 두 대의 소나무 더비 자동차를 진공 상태로 떨어뜨리는 것과 관련된 경우 자동차가 어떻게 생겼는지, 무게가 얼마인지 등은 중요하지 않습니다. 모든 경주는 동점입니다!
파인우드 더비 레이스는 진공 상태에서 개최되지 않고 공중에서 개최됩니다. 우리는 공기 중에서 무거운 쇠구슬이 깃털보다 훨씬 빨리 떨어진다는 것을 알고 있습니다. 그래서 당신은 차가 가능한 무겁기를 원합니다. 이유는 다음과 같습니다. 자동차에 작용하는 힘은 공식 Force = Mass x Acceleration으로 계산됩니다 . 중력 가속도는 일정합니다. 따라서 질량이 클수록 자동차에 작용하는 힘이 커집니다. 이 힘은 공기역학적 항력 에 의해 가해지는 힘과 경쟁합니다., 그래서 당신은 힘을 증가시키기 위해 가능한 한 많은 질량을 원합니다. (어떻게든 무게를 반으로 줄이고 그 과정에서 공기 저항을 반 이상으로 줄일 수 있다면 최대 무게를 사용하지 않는 좋은 이유가 될 것입니다. 소나무 더비 자동차에서는 그렇게하기가 거의 불가능합니다. 바퀴와 차축과 같은 것들이 항력의 대부분을 생성하고 그것들을 제거할 방법이 없기 때문입니다.)
자동차가 트랙을 굴러갈 때 속도를 줄이는 세 가지 마찰력이 있습니다 .
- 공기 저항
- 차축 마찰
- 타이어 끈적임
타이어가 부드럽고 끈적끈적한 고무로 만들어졌다고 상상해 보십시오. 타이어의 끈적거림은 마찰의 큰 원인이 됩니다. 타이어를 제어할 수 없으므로 끈적임(직경, 회전 관성 등과 같은 타이어와 관련된 기타 요소)을 무시할 수 있습니다.
이제 나머지 두 가지 요소인 공기 저항과 차축 마찰을 살펴보겠습니다. 아들의 아이디어가 재미있습니다. 실제로 날 수 있도록 자동차를 설계할 수 있다고 가정해 보겠습니다 . 바퀴가 지면에서 떨어져 있으면 차축 마찰이 0으로 떨어질 것입니다. 양력을 생성하는 모든 날개는 또한 그 과정에서 항력을 생성합니다(자세한 내용은 비행기 작동 방식 참조). 그래서 질문은 "날개의 공기역학적 항력과 차축의 마찰 중 어느 것이 더 나쁜가?"가 됩니다. 답을 확실히 결정할 수 있는 유일한 방법은 실험을 통해서이며, 이러한 실험은 매우 민감하고 전문적인 장비 없이는 힘들 것입니다. 또는 여러 대의 자동차를 만들고 서로 비교하여 성능을 확인해야 합니다.
그러나 나는 차축 마찰이 양력에 의해 생성되는 공기 역학적 항력보다 낮다고 추측할 것입니다. 따라서 공기역학적 항력이 가장 낮은 자동차를 만들고 차축 마찰을 0으로 만드는 작업을 하고 싶을 것입니다. 내가 아는 한 가지는 차축이 많은 마찰을 일으킬 수 있다는 것입니다. 당신이 하고 싶은 것은 그것들을 연마하는 것입니다(드릴에 척을 넣고 철수세미로 연마한 다음 루즈하게 연마). 그런 다음 마찰을 줄이기 위해 건조한 실리콘 및/또는 흑연 윤활제를 사용합니다. 또한 바퀴가 완벽하게 둥글고 균형이 잡히고 각 바퀴의 액슬 구멍이 사각지대에 있는지 확인해야 합니다.
도움이 되기를 바랍니다. 레이스를 즐기세요!
