이런 현상에 의문을 가지는 운전자는 드물다. 조금만 생각하면 투입한 힘의 양과 자동차가 반응하는 출력의 양이 큰 차이를 보인다는 사실을 알 수 있다. 힘이 증폭돼 자동차에 영향을 미치는 것이다.
브레이크 페달을 밟았을 때 자동차가 멈춰 서는 것은 두 가지 원리에 의해 힘이 증폭된 결과다. 첫 번째는 지렛대의 원리다. 받침점을 기준으로 페달 쪽 길이를 길게 만들어 페달에 작은 힘을 가하더라도 반대편에서 큰 힘이 발생한다. 두 번째는 유압의 원리다. ‘관로 속 압력은 일정하다’는 파스칼의 법칙을 이용한 것이다. 실린더가 브레이크 오일이 가득 찬 좁은 관에 힘을 가하면 반대쪽에서는 브레이크 패드를 밀 수 있을 만큼 큰 출력이 나온다.
스티어링 휠도 지레의 원리를 사용한 것이다. 손으로 스티어링 휠의 지름부를 잡아 돌리는 힘이 스티어링 휠의 중심에서 증폭돼 운전자가 자동차의 방향을 바꿀 수 있다.
자동차의 속도를 변화시킬 때는 기어를 사용해 힘을 증폭시킨다. 기어는 서로 다른 막대에 달린 작은 톱니바퀴와 큰 톱니바퀴를 맞물려 돌아가게 해 출력을 변화시키는 장치다.
가파른 언덕길을 오를 때 기어를 낮추면 엔진의 크랭크축과 연결된 작은 톱니바퀴가 빠른 속도로 회전해 자동차의 구동축과 연결된 큰 톱니바퀴를 굴린다. 톱니바퀴의 반지름이 클수록 토크 값이 커져 바퀴로 큰 힘이 전달되므로 경사진 언덕길도 문제없이 올라갈 수 있다. 반대로 평지에서는 기어를 높여 자동차를 가속한다. 이처럼 기어를 상황에 맞게 조작하면 주행 성능을 극대화할 수 있다.
자동차 연구원들은 오늘도 어떻게 하면 힘을 효율적으로 증폭시킬 수 있을지 연구한다. 힘의 증폭 원리를 통해 운전자들이 적은 힘으로 큰 자동차를 쉽게 움직이고 운전의 즐거움을 느낄 수 있기 때문이다.
현대모비스 기술연구소