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F1머신... 그 엄청난 스피드의 비밀

전 세계인의 많은 관심을 끄는 경기 중 하나인 F1 그랑프리가 드디어 우리나라 영암에서 개최가 되었다.
F1은 전 세계로 TV중계 되는 인기 스포츠 중에서도 상위권을 차지할 만큼 굉장한 인기를 끌고 있다.
경기를 보는 관중들은 머신들이 달릴 때 내는 무시무시한 엔진음과
그 스피드에 압도되어 열광의 도가니로 빠져들게 된다.
우리들이 F1하면 가장 먼저 연상되는 단어는 무엇일까?
레이싱걸이나 F1선수? 아무래도 가장 많이 떠올리는 것은 스피드일 것이다.
그렇다면 F1머신이 시속 300km 이상의 엄청난 속력을 낼 수 있는 것은 무엇 때문일까?

F1머신이 스피드를 내는데 핵심 노하우는 기계적인 성능과 차체의 에어로 다이나믹스이다.
먼저 기계적인 성능을 중형차와 F1머신을 비교해서 쉽게 알아보도록 하자.
우리가 주위에서 흔히 볼 수 있는 승용차는 카(car)하라고 부르지만
F1경주에서 쓰이는 것은 머신(machine)이라고 부른다.
승용차는 운전자의 안전성, 연비, 내구성...등을 고려해서 만들지만 F1머신은
오직 스피드를 내기 위해 만들어진 기계이기 때문에 머신이라고 부른다고 한다.
F1머신은 8기통의 2400cc 엔진을 사용하여 750-780마력의 힘을 뿜어 낸다.
반면에 우리나라 중형차의 경우 같은 배기량의 엔진을 사용하지만 기껏해야 180-200마력 정도의 힘을 낸다.
일반 승용차가 아닌 스포츠카의 경우에도 300마력을 넘기기 힘드니 그 힘의 차이는 어마어마한 셈이다.
여기서 마력이란, 보통 짐마차를 끄는 말 한마리가 단위시간 동안 하는 일을 실측하여
1마력이라고 하는데 쉽게 이해하기 위해서 1마력을 한 마리의 말이 물체를 끄는데 쓰는 힘이라고 보면 될 것이다.

또 머신은 엔진의 RPM(분당 회전수)이 1만8000회인데,
승용차의 경우 맥시멈 7000회를 넘기기 힘든데 비하면 2배 이상의 차이가 나는 셈이다.
머신은 실제로 엔진의 회전이 너무 빠르기 때문에 엔진내부의 과열로 엔진이 타거나 녹아버릴 수도 있기 때문에
알루미늄이나 티타늄 같은 열에 강한 첨단 소재를 엔진을 제작할 때 사용한다고 한다.
그러나 엔진의 내구성에 있어서는 F1머신이 중형차에 비하여 현저히 떨어진다.
F1머신은 1000km도 못 달리고 엔진을 교체해야하지만 중형차의 경우 10만km도 거뜬히 소화해 낸다.
엔진의 내구성이 좋지 않은 이유는 엔진 자체에 무리가 되더라도 레이스에서 이기기 위해서는
속도를 줄이지 않고 달려야 하기 때문이라고 한다.
이제까지 기계적인 요소로 중형차와 F1머신의 엔진을 비교하여 성능을 알아 봤다.

두 번째로 살펴봐야 할 것은 외부적인 요소이다.
F1머신이 350km이상의 속도를 유지하며 달리기 위해서는
차체가 받는 엄청난 공기 저항을 극복해야 하는 난제를 풀어야만 했다.
이를 해결하기 위해 메카닉팀들은 물리학에서 쓰는
에어로 다이나믹스(aero dynamics:공기역학)를 도입해 해결해 나갔다.
외부디자인을 통해서 머신이 달릴 때 공기저항을 줄여 속도를 더 낼 수 있게 만드는 것인데,
차체의 외부를 유선형을 비롯한 매끄러운 바디라인과 진행 방향 기준의 단면적을 줄이는 것만으로도
공기저항을 줄이는 큰 효과를 볼 수 있게 되었다.
또한 차체 뒤쪽에 보면 날개같이 생긴 리어윙이라는게 있는데 이것은 다운포스의 원리를 적용한 것이다.
다운포스의 원리란, ‘비행기의 날개가 양력을 받는 것의 반대’ 라고 생각하면 된다.
비행기의 날개는 양력을 받아 비행기를 띄우는 용도로 설계되었지만,
F1머신을 보면 후미에 날개처럼 생긴 리어윙이 머신을 밑으로 누르는 다운포스를 만들어내서
고속 코너링을 가능하게 만들어 준다.
어떤이들은 300km이상의 속력을 내게 되면 다운포스가 중력보다 강하기 때문에
F1머신이 터널 천장에 달라붙어 주행하는 것도 이론상으로는 가능하다고 한다.
또한 더 빠른 속도를 내기 위해서는 무게도 줄여야 했는데,
F1머신은 차체의 무게를 줄이고 안정성을 확보하기 위해서
알루미늄으로 된 벌집 모양의 틀에 가볍고 강도가 좋은
탄소 섬유인 카본판을 샌드위치처럼 붙인 3.5mm의 특수 합판을 사용했다.
 
이 알루미늄 구조 대문에 빠른 속도로 달리다.
사고가 나더라도 드라이버는 충격을 덜 받고 차체의 무게를 600kg정도 까지 줄여 줄 수 있는 것이다.
마지막으로 머신에 장착되는 타이어도 속력에 영향을 미치는데,
일반 차량들은 날씨가 어떻건 홈이 있는 타이어를 쓴다.
하지만 머신은 비가 오거나 눈이 올 때만 사고를 줄이기 위해
홈이 있는 타이어를 사용하고 맑은 날씨에는 마찰력과 접지력을 높여 코너에서
속도가 감소하는 것을 최소화하고 최대한의 스피드를 내기 위해 홈이 없는 타이어를 사용한다.

단순한 구경거리로만 생각되던 F1머신이 복잡한 물리학 이론과 디자인,
메카니즘들이 조화를 이루어 전 세계인들에게 좋은 볼거리를 선사하고 있다는 것을 알게 되었다.
우리나라도 앞으로 이 분야에 좀 더 관심을 가지고 투자를 함으로써
향후에 있을 F1그랑프리에는 한국이 만든 멋진 F1머신을 구경할 수 있었으면 하는 바램이다.