타이어 압력이 낮은 자전거를 타는 게 왜 더 어려운가?

이 글은 ‘타이어가 공기가 없는 자전거를 타는 것이 왜 더 어려운가’라는 질문을 중심으로 답변을 제공하며, 마찰력이 증가한 것이 아니라는 것을 지적합니다(마찰력은 접촉 면적과 관련이 없고, 자전거 뒷바퀴의 마찰력은 앞으로 향하여야 하며, 이는 자전거 타기를 더 쉽게 만들어야 합니다). 실제 원인은 타이어가 평평해진 후 지면에 의해 지원되는 점과 무게의 작용점이 분리되어, 무게로 인해 발생하는 토크가 체인에서 발생하는 토크에 ‘저항’을 하여 자전거 타기가 더 어려워진다는 것입니다. 게다가 타이어가 더 평평할수록 자전거 타기가 더 어려워집니다.

타이어 압력이 낮은 자전거를 타는 게 왜 더 어려운가?

자전거를 타본 사람들은 이러한 경험을 가지고 있을 것입니다. 타이어가 공기가 가득 채워져 있으면 자전거를 타는 것이 매우 쉽고 쉽게 가능합니다. 하지만 타이어가 평평하면 자전거를 타는 것이 매우 어렵습니다. 이러한 이유로 사람들은 자전거를 타기 전에 타이어에 공기가 충분히 들어 있는지 확인합니다. 그렇다면 자전거 타이어에 공기가 부족할 때 왜 자전거를 타는 것이 더 어려워집니까?

우리는 관찰을 통해 평평한 타이어가 지면과 큰 접촉 면적을 가지고 있다는 것을 볼 수 있습니다. 그것이 우리가 '마찰력'이 커지는 이유라고 생각할 수 있습니다. 하지만 물리학은 일반적으로 마찰력은 접촉 면적과 관련이 없고, 오히려 접촉 재료와 압력과 관련이 있다고 가르쳐줍니다. 게다가, 자전거의 동력을 제공하는 휠은 후輪이고, 후輪의 마찰력은 전방으로 향하고 있습니다. 따라서 마찰력이 클수록 자전거를 타는 것이 더 쉽게 되어야 합니다.

사실, 자전거를 타는 것이 어려워지는 이유는 '힘'이 아니고 '토크'입니다. 타이어가 평평하기 때문에 지면의 지지력 작용점과 무게의 작용점이 분리되고, 무게는 지지력 작용점을 중심으로 회전하게 됩니다. 이 토크는 체인에서 발생하는 동력 토크에 저항을 제공하며, 페달을 밟는 것이 더 어려워집니다. 타이어가 더 평평할수록 자전거를 타는 것이 더 어렵습니다.