불행하게도 우리 모두가 알고 있듯이 휘발유 가격은 변동성이 크며 가격은 다양한 시장 및 지정학적 압력에 영향을 받습니다. 감가상각비를 제외하면 연료비는 융자나 리스 비용 다음으로 자동차 소유 비용으로 두 번째로 크기 때문에 이는 운전자에게 중요합니다.
우리 중 많은 사람들이 가격이 놀라운 속도로 치솟는 것을 보면서 기뻐서 휘파람을 불지는 않을 것 같지만, 휘발유는 필요한 비용이며 우리가 웃으며 견딜 수 있는 것입니다. 그러나 많은 미국인들이 가능한 한 비용을 절감해야 할 정도로 자동차 연료 비용이 상승하는 시점이 옵니다.
자동차에 연료를 낭비하지 않는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 단지 더 적은 마일을 운전하는 것이 하나의 옵션이지만 일부에게는 이것이 불가능하므로 또 다른 옵션은 더 적은 연료를 사용하여 동일한 마일을 주행하는 것입니다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 운전 속도를 줄이는 것입니다. 좋은 소식은 제한 속도를 지키면 아마 괜찮을 것입니다. Energy.gov의 데이터에 따르면 중형 휘발유 자동차는 시속 55마일에서 가장 효율적입니다.
그러나 동일한 데이터에 따르면 자동차가 75mph로 주행할 때는 보다 차분한 45mph(각각 32mpg 대 43mpg)로 주행할 때보다 25% 더 많은 연료를 소모하는 것으로 나타났습니다. 이는 주로 공기 역학과 속도의 영향을 받는 방식에 달려 있습니다. 간단히 말해서, 공기역학은 자동차의 최고 속도에 영향을 미칠 수 있지만, 이를 뒷받침하는 과학은 공기역학적 효율성이 더 높은 속도에서 감소한다는 것을 의미합니다. 실험실 가운을 입고 과속하는 자동차가 더 많은 연료를 소모하는 이유에 대한 물리학을 살펴보겠습니다.
속도와 연료 소비의 물리학
물론 자동차 제조업체는 차량의 공기 역학이 미치는 영향과 그것이 효율성에 어떤 영향을 미치는지 알고 있습니다. 그러나 가장 간소화된 설계를 사용하더라도(여기서는 미래의 유명한 스타플릿 엔지니어의 말을 인용) “물리 법칙을 바꿀 수 있습니다.”
보다 구체적으로 공기 역학의 효과와 속도가 연비에 미치는 영향은 항력 방정식이라는 공식을 사용하여 측정할 수 있습니다. 세부 사항은 수학자 및 엔지니어에게 맡기는 것이 가장 좋지만 본질적으로 방정식은 차량이 공기를 통해 이동할 때 차량의 저항 또는 항력을 계산합니다. 차량의 속도, 공기 밀도, 항력 계수(차량의 공기역학적 효율성 측정), 차량의 정면 면적 등의 변수를 사용하여 전체 항력을 계산합니다.
이러한 모든 요소가 방정식의 출력에 영향을 미치는 반면, 우리가 특히 관심을 갖는 요소는 속도입니다. 항력 방정식에서 속도는 제곱됩니다. 즉, 속도가 증가함에 따라 공기역학적 저항이 급격히 증가한다는 의미입니다. 본질적으로 이는 작은 속도 증가에도 불균형적으로 더 많은 에너지 또는 원하는 경우 연료가 필요하다는 것을 의미합니다.
이것이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 45mph와 75mph 수치를 방정식에 연결하고 어떤 일이 일어나는지 확인할 수 있습니다. 다른 요소를 무시하고 속도에만 초점을 맞추면 시속 75마일로 주행하는 자동차가 느린 자동차보다 1.7배 빠르게 이동한다는 것을 알 수 있습니다. 방정식에서 속도는 제곱이라는 점을 기억하면 1.7을 제곱하여 자동차가 공기 저항의 약 2.8배에 직면한다는 것을 알 수 있습니다. 연비의 타격은 이러한 저항을 극복하는 데 필요한 전력에서 비롯됩니다.
