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안녕하세요? 이선우 기자입니다.  

사진출처 : 국제뉴스 (www.gukjenews.com/news/articleView.html?idxno=2544436)

 

여러분은 열차가 앞뒤로만 움직인다는 것을 아시나요?

그렇다면 어떻게 곡선 구간을 통과하는 걸까요?

열차는 선로에 따라 앞뒤 방향으로만 움직입니다.

열차가 움직이는데 쓰이는 핵심 장치는 “윤축”이라는 것입니다.

 

 

<열차의 윤측>

 

 

윤축은 선로 상에서 열차를 지지하기 때문에 기차가 선로를 벗어나거나하는 등의 문제를 없게 하기 위해서 가장 중요한 부품입니다.

 

회전력을 받아 회전운동을 하여 차량을 선로 위로 전·후진시키는 것이 윤축의 역할입니다.

 

윤축에서 레일과 항상 닿아있는 부분을 차륜답면이고 하는데

차륜답면은 테이퍼(taper, 서로 상대하는 양측면이 대칭적으로 경사가 져있는 상태)가 진 모양으로 레일 위를 달리게 됩니다.

 

열차는 기본적으로 주행방향을 바꾸는 조향장치가 없는데, 주행할 때 차량이 한쪽으로 쏠릴 경우 경사진 테이퍼로 인한 복원력이 작용, 차량을 똑바로 운행할 수 있게 합니다.

 

이렇기 때문에 곡선 구간에서도 기차가 부드럽게 통과할 수 있는 것입니다.

 

기차는 얼마나 빨리 달릴 수 있을까요?

 

 

 

 

<열차가 주행할 때 저항력과 추진력과의 관계>

자전거를 생각해 보면 쉽습니다. 속도를 올릴 때는 페달을 힘차게 구르면 됩니다.

마찬가지로 열차도 속도를 높이려면 끄는 힘, 그러니까 추진력(견인력)을 증가시켜야 합니다.

열차가 달릴 때 주행 방향의 반대 방향으로 열차 주행을 방해하는 힘이 나타나는데, 이것을 열차저항이라 합니다.

열차저항은 크게 열차가 달릴 때 공기가 만드는 공기저항,

차량의 회전을 도와주는 부품이 작동 할 때 만들어지는 마찰저항,

오르막을 오를 때 생기는 구배저항,

곡선 구간을 통과할 때 생기는 곡선저항 등으로 나뉩니다.

 

열차가 가속하는 데 필요한 힘은 열차의 추진력에서 열차저항(공기저항 + 마찰저항 + 구배저항 + 곡선저항)을 뺀 값으로 표시할 수 있습니다.

고속열차의 추진력은 속도가 증가함에 따라 반비례하여 감소합니다.

(반비례란, 한쪽의 양이 커질 때 다른 쪽 양이 그와 같은 비율로 작아지는 관계입니다.)

 

달릴 때의 저항은 속도가 증가함에 따라 증가합니다.

 

공기저항은 속도가 느릴때는 속도와 비례하지만, 속도가 빠를 때는 속도의 제곱에 비례하여 커지게 됩니다.

 

열차가 속도를 점점 높여 어느 속도에 이르면 열차저항이 추진력과 같게 되어 더 이상 속도를 높일 수 없는 단계에 이르게 되는데, 이 속도에서는 더 이상 속도가 증가하지 않고 같은 속도로 주행하게 됩니다.

 

이 속도가 고속열차가 달릴 수 있는 최고속도이며, 이때의 속도를 균형속도라고 합니다.

 

 

우리나라 KTX-산천의 최고속도는 약 348km/h까지 가능하나, 안전을 위해 현재는 300km/h의 속도로 운행하고 있습니다.

 

지상에서 가장 빠른 동물로 알려져있는 치타는 달리기 시작해서 2초 후에는 시속 72km로 속도를 낼 수 있으며 최고 속력은 108km/h이라고 합니다.

 

KTX-산천은 이보다 대략 3배나 빠른 것입니다.

 

정말 빠르죠?

 

 

 

여기까지 기차가 어떻게 움직이고, 얼마나 빨리 달리 수 있는지에 대해 알아보았습니다.

 

끝까지 읽어주셔서 감사합니다.

 

 

 

출처 : 한국철도기술연구원 - 열차 주행 원리와 최고속도