Last Updated on 2021-10-23 by BallPen
자동차의 최고출력이란 자동차가 단위시간 \Delta t 동안 변환시킬 수 있는 에너지 \Delta E의 최대 크기, 즉 일률(Power)의 최대값을 뜻합니다.
1. 자동차의 최고출력 개념
자동차의 최고출력 값은 엔진의 분당 회전수 rpm(revolutions per minute)에 의존하여 달라집니다. 단위는 일률의 단위를 사용하여 특정 rpm에서의 마력 ‘PS/rpm’ 또는 특정 rpm에서의 일률 ‘W/rpm’로 보통 표기합니다.
단위 PS는 독일어로 마력을 뜻하는 Pferdestarke에서 유래되었습니다. 1 PS는 시간 1 s 동안 질량 75.00 kg의 물체를 등속으로 1 m 들어 올리는데 사용된 에너지의 크기로서 735.5 W에 해당합니다.
계산 방법은 다음과 같습니다.
\tag{1}
\begin{align}
1 \mathrm{PS} &= {{\Delta E} \over {\Delta t}} \\
&= { {mgh - 0} \over {\Delta t} } \\
&= { {75.00~ \mathrm{kg} \times 9.8~ \mathrm{{m/s}^2} \times 1 ~\mathrm{m}} \over { 1~ \mathrm{s}} } \\
&= 735.5 \mathrm{W}
\end{align}
(1)식에서 g는 중력가속도입니다.
2. G80 제네시스의 최고 출력
아래 그림은 제네시스 G80 가솔린2.5터보 모델의 사양서입니다. 이 모델의 경우 최고출력은 5800 rpm에서 304 PS으로 제시되어 있습니다. 304 PS을 와트 단위로 변환하면 아래 (2)식과 같이 2.24\times10^5~ \mathrm{W}가 되는군요.
\tag{2}
\begin{align}
304 ~\mathrm{PS} &= 304~\mathrm{PS}\times {735.5~ {{\mathrm{W}}\over{\mathrm{PS}}}}\\
&=2.24\times 10^5 ~\mathrm{W}
\end{align}
3. 자동차의 최고출력이 크면 좋은 점
정지상태에서 출발한 질량이 동일한 두 대의 자동차가 있을 때 출력이 큰 자동차는 출력이 작은 자동차보다 동일한 시간 \Delta t 내에 더욱 빠른 속도에 도달할 수 있게 됩니다.
결국 출력이 큰 자동차는 단위시간동안 속도의 변화량, 즉 가속도가 큽니다.
또한 동일한 속력에서 더욱 많은 질량을 옮길 수도 있습니다. 그 이유는 윗식에서 변환된 에너지 \Delta E를 아래 (3)식처럼 운동에너지의 변화량으로 바꿀 수 있기 때문입니다.
\tag{3}
\begin{align}
P &= {{\Delta E} \over {\Delta t}} \\
&= { { {1 \over 2} m v^2 - 0} \over {\Delta t} }
\end{align}이때 운동에너지는 자동차의 질량 m 과 속력 v 에 의존합니다.
따라서 질량이 동일한 경우 출력이 큰 자동차는 더 빠르게 달릴 수 있고, 속력이 동일한 경우 더 무거운 질량을 옮길 수 있게 되는 것이죠.
4. 자동차의 최고출력 요약
- 자동차의 출력은 단위시간당 변환된 에너지의 크기로서 일률의 단위를 갖는다.
- 자동차의 최고출력이 클수록 가속도가 크고 더 무거운 질량을 옮길 수 있다.
