트라이애슬론 · 레벨 8: 전문가 · 하위 레벨 8.2
타이어, 휠, 구동계 공학
테스트 10개 · 사실 100개 · 2026년 10월 12일 업데이트 · markdown
파워를 속도로 바꾸는 장치의 공학을 다룹니다. 수치로 보는 구름 저항, 공기압과 진동, 타이어 구조와 사이즈, 림과 타이어 형태, 휠 공기역학, 체인과 윤활, 기어링과 풀리, 크랭크와 페달링 역학, 제동 물리학, 프레임 소재입니다.
아래의 각 테스트는 Insporta의 열 문제로 이루어져 있습니다. 테스트 아래의 목록은 문제가 확인하는 내용으로, 문제마다 사실 하나와 그 사실을 쓴 출처가 있습니다. 테스트 전에 읽어 보거나, 오답을 만난 뒤 다시 찾아와 보세요.
테스트 1수치로 보는 구름 저항테스트 보기
Crr은 무차원 비율로, 저항력은 Crr에 수직 하중(질량 × g)을 곱한 값과 같습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
좋은 레이싱용 클린처 타이어와 튜브리스 타이어는 매끄러운 드럼과 도로에서 약 0.003~0.004로 측정됩니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
0.004 × 80 × 9.81 × 11.1 m/s는 약 35 W입니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
0.001 × 80 × 9.81 × 11.1은 약 8.7 W이며, 그래서 타이어 선택이 그만큼 중요합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
힘 = Crr × 하중이므로, 선수와 자전거가 무거울수록 구름 저항도 그에 비례해 더 커집니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
노면이 거칠면 타이어와 자전거가 튀어 에너지 손실이 더해지는데, 매끄러운 드럼 시험에서는 이것이 측정되지 않습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
고무의 이력 현상은 대체로 따뜻해질수록 줄어들므로, 같은 타이어도 더운 날에 시험하면 더 빠르게 나옵니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
40 km/h에서 공기 저항 파워는 대개 수백 와트이고, 구름 저항은 수십 와트입니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
강철 드럼은 매끄럽고 곡면이어서 절대적인 수치는 도로와 다르지만, 타이어의 순위는 대체로 유지됩니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
테스트 2타이어 공기압, 임피던스, 진동테스트 보기
자전거와 선수에게 전달된 진동은 몸과 부품 속에서 열로 소산됩니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
분기점 아래에서는 압력을 높일수록 손실이 줄지만, 그 위에서는 진동 손실이 커져 실제 도로에서는 타이어가 더 느려집니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
노면이 거칠어질수록 분기점은 낮아지므로, 가장 빠른 압력도 내려갑니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
연조직은 진동을 감쇠시켜 기계 에너지를 전진 운동이 아니라 열로 바꿉니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
프랭크 베르토는 선수의 체중에 타이어 높이의 약 15%가 눌리는 압력을 제안했습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
처짐은 하중과 압력에 따라 달라지므로, 하중이 클수록 같은 형태를 유지하려면 더 높은 압력이 필요합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
부피와 접지 폭이 크면 폭이 넓은 타이어가 더 낮은 압력과 더 적은 진동으로 하중을 지탱할 수 있습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
보통 하중의 약 55~60%가 뒷바퀴에 실리므로, 뒷바퀴에는 압력이 조금 더 필요합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
아주 매끄러운 노면에서는 분기점이 높아서, 압력이 올라가도 케이싱 손실은 계속 줄어듭니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
공기를 너무 많이 넣은 타이어의 거칠고 떨리는 느낌은 흔히 속도로 착각되지만, 실제 손실은 커집니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
테스트 3타이어 구조와 사이즈테스트 보기
TPI가 높으면 대개 실이 더 가늘고 케이싱이 더 유연합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
더 얇고 유연한 케이싱은 이력 손실이 낮게 변형됩니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
보호층은 타이어를 뻣뻣하게 하고 고무를 더하므로, 보통 구름 저항을 높입니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
ETRTO 표기는 타이어 폭에 이어 비드 시트 지름을 나타내며, 622 mm는 표준 700c 로드 규격입니다.
출처: ETRTO Standards Manual (2023) · 암기
첫 번째 수치는 타이어의 공칭 단면 폭입니다.
출처: ETRTO Standards Manual (2023) · 암기
실제 폭은 림 내부 폭에 따라 달라지며, 요즘의 넓은 림에서는 25 mm 타이어가 흔히 27~28 mm로 측정됩니다.
출처: ETRTO Standards Manual (2023) · 암기
훅리스 림은 훅 없이 타이어를 고정하기 때문에 5 bar로 제한됩니다.
출처: ETRTO Standards Manual (2023) · 암기
훅리스 비드용으로 설계된 타이어만 안전하게 고정되며, 그렇지 않은 타이어는 빠져서 고장 날 수 있습니다.
출처: ETRTO Standards Manual (2023) · 암기
더 부드럽고 이력 손실이 낮은 컴파운드는 더 빠르게 굴러가고 접지력도 좋을 수 있지만 더 빨리 마모됩니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
로드 바이크 타이어는 폭이 너무 좁아 사이클 속도에서 수막현상이 일어나지 않으므로, 트레드는 접지력에 거의 도움이 되지 않습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
테스트 4림 폭과 타이어 형태테스트 보기
내부 폭이 넓으면 비드가 벌어져, 더 넓고 덜 둥근 타이어 단면이 됩니다.
출처: ETRTO Standards Manual (2023) · 암기
휠 설계자들은 타이어가 림보다 넓으면 항력이 커진다는 것을 알아냈고, 그래서 림을 타이어보다 약간 넓게 만듭니다.
출처: Poertner, Zipp wheel design notes (2010년대) · 암기
불룩한 타이어는 림으로 이어지는 매끄러운 전이를 방해하며, 특히 요(yaw)가 있을 때 그렇습니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
폭이 넓은 타이어는 전면 면적이 더 크며, 림 폭을 맞추면 그 불이익이 줄어듭니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
폭이 넓은 타이어가 잘 굴러간다는 근거가 나오면서, 타이어와 림의 형상을 공기역학적으로 맞추기 위해 림도 넓어졌습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
림보다 훨씬 넓은 타이어는 옆 방향 지지가 부족해 쓰러지거나 흔들릴 수 있습니다.
출처: ETRTO Standards Manual (2023) · 암기
타이어를 림의 바깥 윤곽 안에 두면 림을 따라 공기 흐름이 붙어 있도록 돕습니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
ETRTO 표는 림 내부 폭마다 호환되는 타이어 폭의 범위를 짝지어 줍니다.
출처: ETRTO Standards Manual (2023) · 암기
림보다 넓은 타이어는 림이 의도한 윤곽을 해쳐서 공기역학적 이점 일부를 잃게 합니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 응용
뒷바퀴는 프레임과 다리에 일부 가려지므로, 앞바퀴가 흐트러지지 않은 공기 흐름을 더 많이 받습니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
테스트 5휠 공기역학과 구조테스트 보기
공기에 대해 휠의 윗부분은 자전거 속도의 대략 두 배로 움직이고, 지면과 닿는 점은 정지해 있습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
위쪽 스포크는 공기 속을 빠르게 움직이므로, 스포크 수를 줄이고 형상을 다듬으면 항력이 줄어듭니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
깊은 림은 휠 주위의 흐름을 매끄럽게 하고, 요(yaw)가 있을 때 전방으로 향하는 돛 효과의 힘을 만들 수 있습니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
앞 디스크 휠에 걸리는 측면 힘은 조향 토크를 만들지만, 뒷바퀴에서는 조향에 거의 영향을 주지 않습니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
옆 방향으로 잘 휘는 휠은 패드나 프레임에 스칠 수 있고, 코너링이나 스프린트에서 느낌이 모호합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
오래 브레이크를 잡으면 림이 가열되며, 카본 레진과 타이어는 높은 온도에 민감합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
평지에서 일정한 속도로 달릴 때 질량은 구름 저항에만 약간 영향을 줍니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
고르지 않은 장력은 림을 옆이나 반지름 방향으로 잡아당겨 흔들림을 일으킵니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
순위는 낮은 요(yaw)와 높은 요 사이에서 뒤바뀔 수 있으므로, 하나의 수치만으로는 실제 환경에서의 거동을 알 수 없습니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
돌풍이 센 강한 측풍에서는 앞휠을 얕게 하면 측면 힘에 따른 조향 영향을 제한하고, 깊은 뒷휠은 여전히 다룰 만합니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 응용
테스트 6체인 마찰과 윤활테스트 보기
실험실 시험에서 체인 구동의 효율은 최대 약 98.6%까지 측정되었습니다.
출처: Spicer et al., J Mech Des 2001 · 암기
스프로킷이 클수록, 체인 장력이 높을수록 효율이 올랐으며, 깨끗한 실험실 조건에서는 윤활의 차이가 거의 없었습니다.
출처: Spicer et al., J Mech Des 2001 · 암기
통제된 깨끗한 조건에서는 윤활이 측정 가능한 영향을 거의 주지 않았지만, 실제 환경의 오염은 이 그림을 바꿉니다.
출처: Spicer et al., J Mech Des 2001 · 암기
오염물은 롤러와 핀에 연마성 반죽을 만들어 마찰과 마모를 키웁니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
파라핀 계열 왁스는 먼지를 거의 끌어들이지 않고 마찰이 낮게 측정되지만, 다시 발라야 합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
체인은 늘어나지 않고 마모로 피치가 길어지며, 많은 드라이브트레인에서 약 0.5%가 교체 신호입니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
늘어난 체인은 톱니 위로 올라타 비싼 스프로킷의 마모를 앞당깁니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
독립 시험 장비는 정해진 파워와 속도로 체인을 구동하면서 손실을 측정합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
깨끗할 때 빠른 윤활제도 오염되면 성능이 떨어질 수 있으므로, 더러운 조건에서의 시험이 더 현실적입니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
윤활이 잘 된 깨끗한 새 체인은 오염과 마모로 잃은 와트를 적은 비용으로 되찾아 줍니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
테스트 7기어링, 체인라인, 풀리테스트 보기
극단적인 조합은 체인을 크게 비틀어 마찰과 마모를 키웁니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
체인 각도가 커지면 플레이트와 스프로킷 톱니 사이의 쓸림이 늘어납니다.
출처: Spicer et al., J Mech Des 2001 · 암기
더 큰 풀리 주위에서는 링크의 굴곡이 줄어 마찰이 감소하며, 보통 1~2 W 정도입니다.
출처: Spicer et al., J Mech Des 2001 · 암기
53/11 × 약 2.1 m 둘레는 크랭크 한 바퀴당 약 10.1 m이며, 분당 90회전은 약 55 km/h입니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
전진 거리 = 기어비 × 휠 둘레이며, 휠 크기가 다른 기어를 비교하는 데 쓰입니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
링이 크면 같은 기어비에서도 더 큰 뒤 스프로킷을 써서 체인을 더 곧게 할 수 있습니다.
출처: Spicer et al., J Mech Des 2001 · 암기
1x 시스템은 변속을 단순하게 하지만, 기어비 사이의 간격이 넓어져 범위를 성기게 나눕니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
낮은 기어는 지속 가능한 케이던스와 파워로 앉아서 오를 수 있게 해 줍니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
작은 스프로킷은 톱니에 물릴 때마다 링크를 더 크게 꺾어 손실을 키웁니다.
출처: Spicer et al., J Mech Des 2001 · 암기
큰 링으로 옮기면 체인이 곧게 펴지고 더 큰 스프로킷을 쓰게 되어 마찰이 줄어듭니다.
출처: Spicer et al., J Mech Des 2001 · 응용
테스트 8크랭크 길이와 페달링 역학테스트 보기
120~220 mm 범위에서 최대 파워는 몇 퍼센트밖에 달라지지 않았으며, 최적 케이던스는 크랭크 길이에 맞춰 조정되었습니다.
출처: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001 · 암기
짧은 크랭크는 낮은 에어로 자세에서 고관절이 접히는 정도를 줄여 주어, 편안함과 파워에 도움이 될 수 있습니다.
출처: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001 · 응용
스트로크 하단에서의 다리 신전은 안장 높이를 크랭크 길이의 변화만큼 올려야 비슷하게 유지됩니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
발이 원을 그리며 움직이는 속도는 rpm과 크랭크 반지름 모두에 따라 달라집니다.
출처: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001 · 암기
리뷰에 따르면 파워와 효율에 미치는 효과는 일관되지 않으며, 이를 선호하는 선수도 있습니다.
출처: Leong, Elmer & Martin, J Appl Biomech 2017 · 암기
Q-팩터는 페달 사이의 좌우 간격이며, 무릎의 궤적과 편안함에 영향을 줍니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
스택이 높으면 발에 대해 안장이 사실상 낮아지므로, 이를 고려해야 합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
최대 파워는 비슷한 페달 속도에서 나오므로, 크랭크가 짧아지면 최적 rpm이 더 높아집니다.
출처: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001 · 암기
스트레인 게이지는 토크를 측정하며, 여기에 회전 속도를 곱하면 파워가 됩니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
한쪽만 측정하는 파워미터는 양쪽 다리가 똑같이 기여한다고 가정하는데, 모든 사람에게 그렇지는 않습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
테스트 9제동 물리학테스트 보기
무게중심이 높으면 하중 이동 때문에 뒷바퀴가 들릴 때까지 앞바퀴가 제동의 대부분을 맡습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
기하학적 구조상 자전거는 앞으로 고꾸라지기 전까지 대략 0.5 g가 한계이며, 자동차보다 훨씬 낮습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
로터는 더 깨끗하게 유지되고 제동열이 림과 타이어에 전달되지 않습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
마찰은 운동 에너지를 열로 바꾸며, 그래서 긴 내리막에서는 브레이크가 뜨거워집니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
운동 에너지와 일정한 감속도에서의 제동 거리는 v의 제곱에 따라 늘어납니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
타이어의 접지력은 한정되어 있어서 제동에 쓰면 코너링에 쓸 몫이 줄어드는데, 이를 “마찰원”이라고 합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
패드, 로터, 오일이 과열되면 마찰이나 압력이 떨어져 제동력이 줄어듭니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
여러 번에 나누어 단단히 제동하면 잡는 사이에 부품이 식고, 코너를 위한 접지력도 남습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
베이스 바 레버에 손이 닿는 데는 시간이 걸리며, 그래서 선수들은 기술적인 구간에서 베이스 바로 옮겨 잡습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
테스트 10프레임과 부품 공학테스트 보기
복합재 적층은 하중이 걸리는 방향에 섬유를 배치하여 높은 강성 대비 무게와 설계의 자유를 줍니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
카본은 설계된 방향으로는 강하지만 조임 응력에는 약하며, 토크 렌치를 쓰면 손상을 막을 수 있습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
케이블을 숨기면 핸들바와 헤드튜브 주위의 노출된 난류성 잡동사니가 줄어듭니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
프레임 형상 안에 수납 공간을 설계하면 공기 흐름 속에 추가 부품을 달 때 생기는 항력을 피할 수 있습니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
선수의 후류 속이나 두 팔 사이에 두면 시험에서 항력 변화가 거의 없거나 오히려 음수로 나오는 경우가 많습니다.
출처: Crouch et al., Sports Eng 2017 · 암기
알루미늄 합금은 가격이 부담 없고 충격에 더 관대하지만, 같은 강성이라면 카본보다 무겁습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
크기가 맞지 않는 프레임은 접촉점을 배치하는 방식을 제한합니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
티타늄은 내구성과 내식성을 갖추고 승차감이 순하지만, 카본보다 비싸고 무겁습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 암기
눈에 보이지 않는 손상은 갑자기 파손될 수 있으므로, 전문가의 점검이나 영상 검사를 받는 것이 좋습니다.
출처: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020) · 응용
출처
동료 평가를 거친 스포츠 공학·생리학 문헌과, 확립된 사실을 위한 공개 시험 데이터와 표준
- Wilson & Schmidt, Bicycling Science (제4판, 2020)65
- Crouch et al., Sports Eng 201713
- ETRTO Standards Manual (2023)8
- Spicer et al., J Mech Des 20018
- Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 20014
- Poertner, Zipp wheel design notes (2010년대)1
- Leong, Elmer & Martin, J Appl Biomech 20171