열차 바퀴 크기의 비밀

열차 바퀴는 화물용과 승객용이 서로 바퀴의 크기가 다릅니다. 

그 이유는 아이와 어른의 보폭을 생각해 보면 이해가 빠릅니다.

아이는 뛰어간다고 하더라도 보폭 자체가 어른에 비해 짧아 빨리 갈 수 없습니다. 반면, 어른은 보폭이 큰 관계로 걸어가더라도 어린아이보다 더 빨리 갈 수도 있습니다.

즉, 보폭이 클 수록 운동량에 비해 많은 거리를 가게 되므로 결과적으로 속도가 더 빨라집니다.

 

 

바퀴의 경우에도 마찬가지 입니다.

반지름이 작은 바퀴는 흔들림 같은 충격에는 안정적이지만 100회 회전 시 가는 거리는 반지름이 큰 바퀴가 50회 회전하는 경우보다 못 미칠 수 있습니다.

승객용은 목적지까지 빠른 시간에 도착하는 것이 중요하고, 화물용은 무거운 화물을 사고 없이 목적지까지 운송하는 것이 주목적입니다.

이러한 목적의 차이로 인해 바퀴의 지름 또는 반지름은 승객용 기관차가 화물용 기관차에 비해 더 크게 됩니다.

 

 

바퀴 한 바퀴가 진행한 거리는 2πr입니다. π는 원주율로 보통 3.14 정도이고 r은 반지름입니다.

아래의 그림에서 보다시피 2π가 고정적이라면 결국 바퀴가 한 바퀴 도는 동안 진행한 거리는 r(반지름)의 크기에 절대적으로 영향을 받게 됩니다.

 

 

결론은 화물용 기관차는 고속 질주보다는 많은 화물을 실어야 하고 안정적으로 목적지까지 운송하는 데 주안점을 두다 보니 빠르게 승객을 목적지까지 수송해야 하는 승객용 기관차보다 바퀴의 지름이 더 작습니다.