아인슈타인 하면 떠오르는 말 중에 “E=mc2”라는 공식이 있다. 이 공식은 에너지(E)는 질량(m)과 광속(c)의 제곱에 비례한다는 뜻이다. 즉, 에너지는 곧 질량이고 질량은 곧 에너지다.
또한 빛의 속도는 일정하기 때문에 1초에 지구를 일곱 바퀴 반 도는 광속 c는 시간당 7억 5천만 킬로미터이며, 이것은 시속 약 11만 킬로미터인 KTX보다도 훨씬 빠른 속도이다. 따라서 우리가 일상생활에서 쓰는 전기에너지나 열에너지 등 모든 에너지는 결국 질량이라는 형태로 변환되어 존재한다고 말할 수 있다.
전기자동차 배터리 용량은 왜 클수록 좋을까요? 배터리 용량이 크면 충전시간이 오래 걸리고 무게가 많이 나간다는 단점이 있지만, 한 번 충전하면 주행거리가 길어져 많은 사람들이 선호한다.
하지만 자동차 제조사에서는 차량 크기 및 연비 향상을 위해 배터리 용량을 줄이는 추세이다. 그렇다면 어떤 점들을 고려해야 할까? 먼저 배터리는 리튬이온전지인지 니켈수소전지인지 구분해야 한다.
리튬이온전지는 가볍고 수명이 긴 장점이 있으나 폭발 위험성이 있고, 니켈수소전지는 무겁고 부피가 크며 안전하지만 충·방전이 느린 단점이 있다. 두 전지 모두 장단점이 있으므로 자신에게 맞는 선택을 해야 한다. 두 번째로는 배터리 셀 개수를 살펴봐야 한다. 예를 들어 10개의 셀로 구성된 배터리 팩이라면 총 100Ah의 용량을 가진다. 이를 kWh 단위로 환산하면 1000Wh이므로 실제 출력되는 전력량은 9kW/h 가 된다. 만약 12개의 셀로 구성된 배터리 팩이라면 120Ah의 용량을 가지며, 마찬가지로 kWh 단위로 환산하면 1200Wh이기 때문에 실출력전력량은 최대 13kW/h까지 증가하게 된다. 그러므로 같은 값이면 많을수록 좋다. 세 번째로는 배터리 전압을 살펴보아야 한다. 현재 출시되는 대부분의 전동킥보드는 36V 또는 48V의 전압을 가지고 있다.
이때 각 셀의 전압차이는 2~3V 이내이어야 하며, 4셀 이상부터는 반드시 동일한 전압을 가져야 한다. 그렇지 않으면 과충전 시 화재 발생 우려가 있으며, 심할 경우 폭발하기도 한다. 마지막으로는 배터리팩 내부 저항값을 체크해야 한다. 통상적으로 모터구동용 BMS 회로 내에서의 허용 범위는 0.5Ω 이하이지만, 외부저항과의 합이 6Ω 을 초과해서는 안 된다. 이러한 조건을 만족시키지 못하면 발열 문제가 발생하며, 심한 경우 불이 날 수도 있다. 왜 드론은 날개가 여러 개인가요? 드론은 프로펠러 모양에 따라 크게 고정익기와 회전익기로 나뉜다.
고정익은 비행기처럼 날개가 수직으로 서있는 형태고, 회전익은 헬리콥터처럼 날개가 수평으로 펼쳐져 있는 형태다. 항공역학적으로 봤을 때 고정익기는 양력발생 효율이 높아 안정적으로 비행할 수 있다는 장점이 있다. 반면 회전익기는 동체 중심축으로부터 멀리 떨어져 있어서 기동성이 좋고 방향전환이 용이하다. 그래서 최근에는 다양한 분야에서 활용되고 있다. 고정익형 드론은 주로 군사용으로 개발됐으며, 회전익형 드론은 농업용, 촬영용, 산업용 등 민간분야에서 널리 쓰이고 있다. 특히 카메라 성능이 좋아지면서 영상촬영용 드론 시장이 급속도로 성장하고 있다. 회전익형 드론은 구조상 로터 블레이드라고 불리는 네 개의 날개가 달려있다.
이렇게 생긴 드론은 바람의 영향을 많이 받기 때문에 기체 자체가 흔들리거나 추락할 확률이 높다. 그렇기 때문에 설계 단계에서부터 진동제어 기술이 필수적으로 요구된다. 대표적인 방법으로는 ‘피치각 제어’와 ‘롤링 방지’가 있다. ‘피치각 제어’는 이륙 후 상승하거나 하강할 때 생기는 피치각 변화를 이용해 균형을 잡는 방식이다. 조종자가 스틱을 움직이면 각도만큼 로터 블레이드가 움직여 공기 흐름을 조절함으로써 평형을 유지한다.
‘롤링 방지’는 좌우로 기울어지는 현상을 막기 위한 장치다. 한쪽 로터 블레이드가 반대쪽 로터 블레이드 위로 올라가면 기울어짐 없이 똑바로 전진할 수 있다. 다만 양쪽 로터 블레이드 사이 간격이 좁으면 충돌사고가 일어날 수 있으니 주의해야 한다. 우리가 생활 속에서 쉽게 접할 수 있는 과학기술 지식 몇 가지를 소개했다. 비록 전문적인 내용은 아니지만 조금이나마 도움이 됐으면 좋겠다.
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