기차가 터널에 들어갈 때 공기저항이 생기는 이유가 무엇인가요?

Question

기차가 터널에 들어갈 때 공기저항이 발생하는 이유가 궁금해요 그리고 공기저항을 줄이는 방법이 무엇인지도 알려주세요ㅠㅠㅠㅠㅠ

Answer 1

안녕하세요.

기차가 터널에 진입할 때 발생하는 공기 저항은 주로 공기의 압축성(compressibility)과 터널 내의 제한된 공간에 기인합니다. 기차가 터널에 들어가면, 그 앞쪽에서 공기는 갑작스럽게 압축되어야 하며, 이로 인해 공기 압력이 급격히 상승합니다. 이 압력 상승은 기차 앞부분에 고압지대를 형성하고, 기차 뒤쪽에는 상대적으로 저압지대가 형성됩니다. 이러한 고압과 저압 사이의 차이가 공기 저항을 생성하며, 이는 특히 터널이 좁고 기차의 속도가 빠를수록 더욱 증가합니다.
공기 저항을 줄이는 방법 중 하나는 기차의 전면부를 공기역학적으로 최적화하는 것입니다. 기차의 전면부를 유선형으로 설계하면 공기 흐름이 더 부드럽게 넘어가 압력 변화를 최소화할 수 있습니다. 또 다른 방법은 터널 내부의 환기 시스템을 개선하여 공기 흐름을 조절하는 것입니다. 적절한 환기 시스템은 고압과 저압 지대 사이의 차이를 줄여 공기 저항을 감소시킬 수 있습니다.