긴 내리막길을 내려오면 자전거 브레이크는 왜 뜨거워질까?

Why do bike brakes get hot on a long downhill?

긴 내리막을 브레이크를 잡으며 내려오면, 왜 브레이크 부분이 뜨겁게 달아오를까요?

무슨 일이 일어났나

내리막을 내려가면 위치 에너지가 줄어듭니다. 브레이크를 잡지 않으면 그 에너지가 운동 에너지로 바뀌어 점점 빨라집니다 — 시뮬레이터에서 마찰을 0 으로 두면 10 초 만에 5 m/s 가 15.3 m/s 로 늘어납니다.

EIA 는 에너지가 없어지지 않고 한 꼴에서 다른 꼴로 바뀐다고 적습니다. 같은 빠르기로 내려오면 운동 에너지가 늘지 않으니, 줄어든 위치 에너지는 브레이크 마찰이 열로 바꾼 것입니다.

시뮬레이터에서 60 초 동안 300 m 를 내려오면 높이가 약 31.4 m 낮아집니다. 몸과 자전거를 합쳐 80 kg 이라고 하면 약 24,600 J 이 브레이크에서 열이 됩니다.

쉬어 가며 내려오면 브레이크에 쌓인 열이 식을 시간이 생깁니다.

💡 생활 속 예시

  • 손바닥을 맞대고 빠르게 비비면 따뜻해지는 것도 움직임의 에너지가 마찰로 열이 되는 같은 일입니다.
  • 미끄럼틀을 맨다리로 빠르게 내려오면 닿은 살갗이 화끈거리는 것도 마찰열 때문입니다.

확인된 값

에너지는 없어지지 않고 다른 꼴로 바뀐다 (미국 에너지정보청)
꼴 바뀜 출처
자전거로 가파른 비탈을 내려가면 빨라진다 (높이 → 움직임)
PE → KE 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 운동과 에너지 [9과19-04]
  • 한국 2022 · 물리학 · 힘과 에너지 [12물리01-05]

출처

이어서 보기

같은 단원 · 일과 에너지

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