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마찰계수의 이해(2)

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작성자 관리자 작성일13-12-03 11:44 조회4,112회 댓글0건

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마찰계수를 이용한 속도추정

교통사고를 조사·분석함에 있어 충돌속도 또는 주행속도의 결정은 사고의 원인을 결정하는 가장 중요한 요소 중의 하나이다. 만약 차량의 감속거리와 노면과 타이어의 마찰계수를 알고 있다면 에너지보존법칙에 의하여 차량의 감속직전의 속도는 아래와 같은 식으로서 계산 할 수 있다. 여기에서 감속도(-가속도)는 마찰계수(μ )와 중력가속도(g)의 곱으로 표시할 수 있으므로 마찰특성은 감속도(일반적으로 중력가속도의 배수로 표시)로도 표현할 수 있다.

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V =감속직전의 속도(m/sec) μ = 타이어와 노면사이의 마찰계수 d = 차량의 감속거리 g : 중력가속도

또한 차량의 감속운동뿐만 아니라 보행자나 다른 물체의 운동에도 마찰이 작용하게 되면 감속효과가 나타나게 되므로 에너지 보존법칙을 이용하여 감속된 속도에 대한 역추정이 가능하다.
속도는 차량의 파손량 및 탑승자 또는 보행자의 부상정도와 관계되고 사고차량의 충돌전 상황 또는 운전자의 운전행동가능성 등을 추정할 수 있는 기초자료가 되기 때문에 가장 사실(fact)에 가까워야 한다. 교통사고에 있어 당사자의 진술속도는 자기에게 유리한 방향으로 치우치는 것이 일반적이고, 운전자가 속도계기판을 항상 주시하면서 주행하지 않을 뿐만 아니라 운전자의 주행속도감각은 오차가능성이 크기 때문에 진술속도를 사고차량의 주행속도 내지 충돌속도로 단정하기에는 충분하지 않다. 따라서, 사고차량의 속도를 결정하기 위해서는 사고현장에 나타난 타이어자국, 충돌후의 진행궤적 등의 각종 물리적흔적을 이용하여 속도를 산출하고 검증해야만 하는데 이와같이 물리적인 속도산출을 위한 가장 중요한 요소 중의 하나가 바로 마찰계수 및 감속도이다.

우리나라에서 스키드마크(skid mark)을 이용하여 속도를 산출할 때에는 타이어와 노면사이의 마찰계수를 보통 μ=0.8로 적용하고 있지만 그 외 물리적인 속도산출을 위한 여러가지 마찰계수의 적용방법에 대해서는 명확하게 정립되어 있지 않기 때문에 다소의 논란이 발생한 소지가 적지 않다. 따라서 사고분석자가 마찰계수를 적용할 때에는 검증된 이론과 실험결과를 바탕으로 한 일반적 보편적인 마찰계수를 적용해야 하며 그에 대한 합리적인 이유과 타당성을 반드시 기술할 필요성이 있다.

동일한 물리적 조건하에서 서로 다른 마찰계수의 적용에 따라 분석되는 속도가 어떻게 달라지는지 간단한 예를 들어 살펴보기로 하자. 단독차량이 가로수를 충격하고 30m를 지그재그 진행한 후 정지하였다고 가정하자. 사고현장에는 차량의 우측앞바퀴흔적만이 지그재그 형태로 이어져 있고 사고당시의 노면상태는 가랑비가 내려 젖어있는 습윤상태이다. 이때 가로수 충돌후 이동하면서 감속된 속도를 구하고자 할 때 마찰계수의 적용상태에 따라 속도는 다음과 같은 결과를 나타낸다.

·마찰계수 0.1 → 28km/h
·마찰계수 0.2 → 39km/h
·마찰계수 0.3 → 48km/h
·마찰계수 0.4 → 55km/h
·마찰계수 0.5 → 61km/h
·마찰계수 0.6 → 67km/h
·마찰계수 0.7 → 73km/h
·마찰계수 0.8 → 78km/h

한편, 교통사고분석에 필요한 마찰계수는 크게 노면과 타이어의 마찰계수, 전도된 차체와 노면사이의 마찰계수, 전도된 인체와 노면사이의 마찰계수, 차체와 차체간의 마찰계수로 구분할 수 있다. 실제 적용에 있어서는 사고당시의 노면조건, 타이어상태, 마찰면(접촉면)의 거칠기, 마찰운동의 경로나 상황 등을 구체적으로 조사하여 적용해야 할 것이다.
예를 들어 건조한 노면이 아니라 습윤 또는 눈길 등에서는 상대적으로 마찰계수가 낮아지고 바퀴의 제동상태, 마찰운동의 경로변화, 외력의 작용 등 운동조건의 변화에 의해 마찰계수도 변할 수 있기 때문이다. 아래 표는 노면조건에 따른 마찰계수 및 수평노면에서 차량이 가속 또는 감속할 때 가속도의 대표값을 보여주고 있다.

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<노면조건에 따른 마찰계수>
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<수평노면에서 차량운동조건에 따른 가속도와 감속도의 대표값>
 

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