質問: どうしてクルマのタイヤとは空気を入れなくてはいけないのでしょうか? 別に空気を気を入れなくても良いんでしょう? エアレスタイヤとは、 従来空気が充填される部分は、ゴム製の柱で繋がれており、この部分が空気の役割を果たす 空気を入れる前提でないので、サイドにスチールを入れるとかではなく、 構造そのものを軽量化できるかもしれない。 じゃー極端な話が強化発泡スチロールのタイヤ!? あるいは強化プチプチのタイヤ、 これらがベストじゃーないでしょうか? いかがでしょうか?
回答: タイヤ内部の空気こそが、タイヤのグリップの源だからです。 トレッドゴムの持つ「弾性体の摩擦力」を、内部の空気が数倍に増幅したものがタイヤのグリップだからです。 簡単な実験をしてみましょう。 ゴム風船を一個用意してください。 そのゴム風船を、空気を入れないまま、机の上に置き、何かを乗せて荷重を掛けます。そして横に引いて摩擦力を調べる。 ・・・かなり軽い力で引っ張ることができるでしょう。 次にそのゴム風船に、空気を入れて適度に膨らませる。 そこに、先ほどと同じ何かを乗せて同じ荷重をかけて、横に引っ張る、 と、、、さっきより、大きな力が要る。 さっきと同じ力では、ぎゅぎゅっと踏ん張って動かない。 なぜ??? ゴムの持つ「弾性体の摩擦力」を、風船内部の空気が数倍に増幅したからです。 弾性体とは? バネのように「変形させられたら、元に戻ろうとするもの」です。 物理的に言うと、 「伸ばされたので、縮もうとする時に接触してるものを掴むかのような力、 =凝着性摩擦力」 「縮められたので、伸びようとする時に接触してるものを押すかのような力、 =ヒステリシス摩擦力」で、 「弾性体の摩擦力=凝着性摩擦力+ヒステリシス摩擦力」となります。 イメージ的には、バネを細菌よりも小さくして、前後左右上下のあらゆる方向に組み合わせたもの、と考えるといいかと思います。 この弾性体の摩擦力はゴム単体でも発生しますが、 内部に「空気バネ」を入れると、非常に大きくなる。 なので、空気を入れた風船は摩擦力が高くなった。 内部の空気は「全方位バネ」として、ゴムの持つ弾性体の摩擦力を増幅してるんです。 タイヤも同様です。 タイヤがゴムでできているのは「ゴムって、触ってみてもザラザラしてて摩擦力が強そう」だからではなく、 ゴムは「変形させられたら、元に戻ろうとする力を発揮するから」です。 この「元に戻ろうとする弾性力(反力)」こそが、タイヤのグリップ。 そしてこの弾性力を内部の空気は「全方位バネ」として増幅してる。 なので、タイヤがパンクすると接地面積は大幅に増えるのに、グリップは減ってしまう。 空気による増副作用が無くなるからです。 ※タイヤのグリップの話をし始めると、すっげ~~~長くなるので、 私の過去回答をどうぞ。 確かに「エアレスタイヤ」などの名前で各タイヤメーカーが、空気の入ってない=ホイールのスポーク部分を何らかのバネにした=タイヤを開発しています。 また、1990年代には「ムースタイヤ」と言って、グラベルラリー用に、タイヤ内部に発砲性の軽い樹脂を入れてパンクを防ぐタイヤもありました。 が、いずれもまだまだなのは、 1どうやっても空気より重いのでバネ下重量が大幅に大きくなってしまう。 2どうやっても空気バネほどの全方位性が出ない。 前後だけのグリップ、横だけのグリップというものができたとしても、斜めと前後と横が組み合わさるようなコーナリング時には、全方位バネである空気の方が優れている。 からではないでしょうか。 ※私はMT乗りのおっさんで、鉄っちゃんではないので、あまり詳しくは無いのですが、 列車の鋼鉄の車輪も実は「弾性体」で、 鋼鉄の車輪と鋼鉄のレールを「弾性体」として接触面積含めて設計されているようです。 これを「粘着式鉄道」と呼ぶそうです。