자동차와 마력

뉴 포르쉐 911 GT2 RS는 포르쉐 911 GT2에 비해 90마력 올린 620마력이다.

우리는 흔히 차를 얘기하면서 '마력'에 대해서 먼저 언급한다. 그러면 오늘은 자동차와 마력이 어떠한 관계를 가지고 있는지 공부해보자. (언제나 검색 & 짜집기 paste...킁..)

일단 '마력의 백과사전 정의부터 알아볼까?
(검색하기 귀찮으시면 아래 '더보기' 클릭!)

영국 단위계에서 1HP는 1분당 3만 3,000ft·lb(피트-파운드)의 일을 할 수 있는 양을 나타내며, 이것은 1분 동안에 3만 3,000lb(1만 4,850㎏)의 질량을 1ft 들어올리는 일률을 말한다. 이는 18세기 후반에 스코틀랜드 공학자인 제임스 와트가 힘센 복마(卜馬 : 짐마차를 끄는 말)로 실험을 해서 결정했는데, 이것은 보통말이 계속해서 할 수 있는 일에 비해서는 50％ 정도 큰 양으로 나타났다. 1HP를 국제 단위계, 즉 SI 단위로 표시하면 746W(와트)가 되며 열량의 단위로는 1시간당 2,545BTU(영국열량단위)에 해당한다. 또한 다른 단위로는 미터 마력이 있는데 그 값은 1분당 4,500㎏·m(32,549ft·lb/min)이며 0.9863HP에 해당한다.

기관·터빈·모터의 출력 축에서의 마력은 측정기구에 따라 제동마력(制動馬力)이나 축마력(軸馬力)이라고 부른다. 왕복기관, 특히 대형의 왕복기관에서는 지시마력(指示馬力)을 사용하는데, 이는 실린더 내부에 작용하는 압력으로 측정한다. 제동·축마력은 기관 자체 내의 마찰로 인한 동력손실량 때문에 지시마력보다 작은 값을 나타내며 그 손실값은 지시마력의 10％에 달한다. 전동기의 마력은 입력 전력을 W로 나타내는데, 여기에는 열이나 마찰로 손실되는 부분도 포함되어 있다. 제트 기관이나 로켓에서 사용하는 추력마력(推力馬力) 은 파운드 단위의 추력값과 시간당 마일로 나타낸 물체의 운동속도를 곱해서 375(1HP=375mi·lb/h)로 나눈 값이다.
[다음 백과사전 '마력'중에서]

자동차(Car)가 인류에 나타나기 전 최고의 육류 이동수단은 기차와 마차였다.

산업혁명과 동시에 인류의 혁명이 되어버린 증기기관차

증기기관이 발명되기 전에는 말(馬:horse)은 전 세계에서 제일 빠르고 신뢰성 있으며, 인간에게 길들여질 수 있는 이동수단의 하나였다.

이제는 관광마차로 전락해버린 이동수단. 마차.

즉, 우리가 현대에서 말하는 마력(馬力)의 어원의 근거는 마차인 것이다.
증기기관이 발명되고 산업혁명이 진행되면서 '자동차'라는 신개념 이동수단이 등장하게 되었으나,
최고의 '이동수단 = 말' 이라는 이데올로기를 버리기 쉽지 않았던 대중들에게 있어서 자동차는 홀대 받게 되고 귀족의 상징이 되어버리고 만다.
그러나 끊임없는 개선과 발명으로 인하여 결국 육로 이동수단은 마차->기관차, 마차->자동차로 변하게 된다.

마차와 자동차의 대결에서 승리한 자동차

즉, 차의 출력을 이야기하면서 말의 수를 비교하게 된데에는 전적으로 위와 같은 배경이 있었기 때문이지 않았을까나?(당시 마차는 말의 수가 굉장히 중요했기 때문)
300마력이라 하면 말이 300대가 끄는 마차가 하는 일(!)과 비슷하다고 생각하면 쉬울듯 하다.

이제는 '마력'을 과학적으로 공부해볼까나?


일단 마력을 공부하기 전에 물리학 공부좀 할까요?(저의 제2선택이 물리라서..응?;)
힘 F는? 당연히 F = M×a 이죠. 단위는 N(newton) 또는 kgf 등을 사용합니다.

일(W)이란 힘 F를 물체에 가하여 일정한(!) 거리만큼 이동시켰을 때 한 일의 양(!)을 말하죠?(단위는 J, Joule, 쥴이라 부름)
슬슬 고등학교 물리 수업때 공부한게 생각나시나요?
그 다음에 나오는게 뭔지 아세요?

네, 일률입니다.
동력(Power) 또는 일률이란 단위시간(!)에 한 일을 말하며 단위는 W를 사용합니다.
1초동안에 1J의 일을 하였다면 1W(joule/sec)의 동력이 되는 것입니다.

마력을 설명하다가 왜 갑자기 짜증나게 삼천포로 빠졌냐 물으실수 있습니다.
그 이유는 마력을 계산하는 공식에 있습니다.

마력 또는 동력 = 상수 × 토크 × RPM

(여기서 토크는 나중에 따로 공부하자)

즉, 토크의 값이 일정하다면 당연히 마력 또는 동력은 RPM에 비례하게 되겠지?
그럼 RPM을 엄청 올리면 엄청난 마력을 뿜어내지 않을까?라는 간단한 생각을 하게 될기야...하지만, 현실은 그렇지 않다.
왜냐면 실제 엔진은 RPM이 일정한 범위를 넘어서면 토크가 줄어드는 현상이 나타나기 때문이래.
그렇다면 토크와 RPM을 동시에 올려야 마력이 올라가겠지? 문제는 RPM이 너무 올라가면 엔진이 움직이면서 생기는 기계적인 마찰로 힘이 손실되게 되고 토크는 줄어드는 현상이 발생한다네...
즉, 어느 특정 RPM에서 가장 큰 출력(마력)이 나오는 거라는 게지..(아따 어려운그-_-)



자동차 뉴스, 카탈로그 등에서 마력을 소개할 때 단순히 마력만 소개하지 않고 RPM과 토크를 같이 얘기해주는지 이해가 되는구만~
예를 들어 100마력/5,000RPM의 엔진이라고 하면 엔진이 1분에 5,000 회전을 할 때 100마력의 힘이 나온다는 뜻이 되겄네. 아까도 설명했듯이 1마력이란 말(馬) 1필이 끄는 힘과 같다고 했는데, 이 힘은 1초에 57kg의 무게를 1m 높이로 올리는 힘과 같다.



마력은 계산 방법에 따라 그로스(gross)와 네트(net)로 나뉜다.
그로스는 엔진 자체에서 나오는 힘을 말하고 네트는 차가 달리는 데 필요한 장치 모두를 붙여 계산한 힘으로, 그로스 마력이 네트 마력보다 15%쯤 높게 나온다. 우리 나라와 일본의 경우 그로스 마력을 쓰고, 미국이나 유럽은 네트 마력을 표시한다.

BMW M12/M13 F1머신 엔진으로 1400마력을 뽐낸다.

1400마력. 숫자로서 이해가 잘 안간다면, 1400마리의 말(馬)이 끄는 차라고 생각해보시라.
2마리씩 한줄로 끈다해도 700마리의 간격. 장난 아니다. 하지만 계속되는 F1의 규정이 엔진 회전수 제한이라든가 연료에 대해서 엄격해 지면서 이제는 단순히 엔진의 출력 뿐만이 아니라 효율성까지 중시하는 생각의 전환이 필요하다.


아무튼...마력 하나가지고 그 차의 성능을 비교하기는 힘들지만, 170마력과 200마력의 차이가 얼마나 큰지 대충 이해가 된다면 공부한게 헛수고는 아니겄지?