토크(Torque)와 마력(Horsepower)이란?

🟡 토크(Torque)

✅ 회전력

: 물체가 축을 중심으로 하여 회전할 때 그 회전의 원인이 되는 힘의 모멘트를 토크라고 한다.

토크는 '힘(force)'이 아니라 '모멘트(moment)'이다. 힘은 물체를 변위시키는 작용인데 돌림힘은 변위를 일으키지 않는다.

ex) 렌치로 나사를 돌리는 경우

-> 나사는 제자리에서 회전을 할 뿐 어느 방향으로도 이동(변위)하지 않는다.

 

출처: 위키피디아

 

 

파란색 화살표: 검은 공에 가해지는 힘.

검은 공: 힘에 따라서 회전하는 모습을 볼 수 있는데, 이 때 발생하는 회전하는 힘이 바로 "토크(Torque)".

 

 

 

✅토크의 원리

: 토크는 막대 기둥을 돌리는 힘이라고 볼 수 있다. 자동차에서는 동력이 엔진 축으로 전달되는 힘을 의미한다.

 

 

 

토크(T) = 힘(F) * 회전 축에서부터 힘이 작용하는 곳의 거리(D)

 

즉, 힘을 세게 주거나, 힘을 회전하는 축과 힘이 작용하는 곳의 거리가 길면 토크가 커진다는 뜻!!!

 

 

 

✅ 모멘트 암(Moment Arm)

 

출처: https://blog.naver.com/qortmdejr123/220894377932

 

 

토크, 즉 회전력을 일으키기 위해서는 Arm의 수직방향에 힘을 가하면 회전이 일어나게 된다. 하지만 이렇게 이상적으로 수직으로 힘을 줄 수 있는 경우는 많지 않다. 따라서, 아래 그림처럼 오른쪽은 힘의 방향과 모멘트 암의 각도가 수직이 아닐 때 가상의 암(arm)을 그려주면서 모멘트 암을 만들어주는 것이다.

너트가 돌아가는 토크가 왼쪽 그림과 오른쪽 그림이 같다고 가정했을 때, 왼쪽의 모멘트 암이 더 길기 때문에 적은 힘으로 너트를 조일 수 있게 되는 것이다. 즉, 같은 무게를 들기 위해서는 모멘트 암이 더 짧을 수록 쉽게 들어올린다고 볼 수 있다.

 

기본적으로 힘은 90도로 가해지는 크기를 계산하게 되기 때문에 오른쪽 그림의 경우 힘이 덜 들어갈 수 밖에 없는 것이다.

 

따라서, 수직으로 힘을 주지 않았을 때는 Fr만큼의 손실이 발생하게 된다. 이 때문에 모멘트 암이 더 짧을 수록 쉽게 들어올릴 수 있게 되는 것이다.

 

Vector = 힘의 방향 + 크기를 가진 물리량
Scalar = 힘의 크기만 가진 물리량

 

 

🟡마력(Horsepower)

엔진의 출력 능력을 나타내는 단위로, 초당 일을 얼마나 처리할 수 있는지를 측정한다. 

 

✅ 토크와 마력

토크: 회전력, 자동차가 얼마나 강한 추력을 가지고 있는지를 나타낸다.

마력: 엔진의 출력 능력, 추력을 얼마나 효율적으로 사용할 수 있는지를 나타낸다.

 

마력 = (토크 * RPM) / 5,252(단위: 영국마력)

 

토크는 가속성능과 상승력에 영향을 미치며, 마력은 최고 속도와 가속 시간에 영향을 준다.

높은 토크는 차량이 더 빠르게 가속하고 언덕을 올라가거나 무거운 짐을 싣는데 유리하다. 따라서, 화물 차량이나 캠핑카, 산악 지역에서 주로 운행하는 차량에는 높은 토크가 필요하다.

반면, 높은 마력은 차량의 최고 속도를 높이고 빠른 가속을 원하는 운전자에게 적합하다. 스포츠카나 고속도로에서 주로 주행하는 차량은 높은 마력을 갖추어야 한다.