Безвоздушная шина

Наверное, самым важным открытием из всего того, что было изобретено велосипедной индустрией, была пневматическая шина Джона Данлопа.

Безвоздушные шины вот уже век как устарели, но горе-изобретатели по-прежнему пытаются вернуть их к жизни.

Безвоздушные шины тяжелы и не приспособлены для больших скоростей. Они делают поездку жёсткой и плохо справляются с неровными поверхностями на скорости.

Они могут повредить колесо из-за плохой амортизации. Пневматическая шина для гашения ударов использует весь объём находящегося в ней воздуха, в то время как в «безвоздушных» шинах с пенозаполнителем воздух работает только непосредственно в точке контакта.

Безвоздушные шины сделаны либо из эластомеров (резиноподобных материалов), либо из пеноматериалов, которые суть эластомеры с множеством воздушных пузырьков внутри. Пеноматериалы лучше, поскольку просто цельные эластомеры вообще практически не гасят удар. У этих материалов нелинейная деформация — по мере роста нагрузки амортизационный ход становится всё меньше и меньше. Прелесть пневматических покрышек в том, что их амортизационный ход практически линеен.

Из физики мы знаем, что давление обратно пропорционально объёму. Представьте себе пневматическую шину, которая поделена на множество маленьких сегментов — как будто внутри она состоит из отдельных шариков. Допустим, что толщина такой шины 4 сантиметра. Когда велосипедист садится на велосипед, шина проседает на 1 сантиметр. Значит, обьем шарика в точке контакта уменьшается на 25 процентов, стало быть, давление внутри шарика будет на 33 процента больше (1 / (1 — 0,25) = 1,33). Если велосипедист наезжает на кочку, которая сжимает шину ещё на 1 сантиметр, то объём падает ещё на 25 процентов, и давление при этом вырастает вдвое по отношению к начальному. А если при наезде на кочку наша шина сжимается на 2 сантиметра, то объём упадёт на 75% от начального, а давление при этом вырастет вчетверо!

По этому принципу и работают «безвоздушные» покрышки, использующие пенозаполнитель, поскольку их амортизационные способности идут от многочисленных воздушных пузырьков внутри эластичного материала. Причём покрышка не состоит на всю толщину из пузырьков — этот слой находится внутри, в качестве одного из слоёв такой покрышки, из чего следует, что у шины диаметром 1 дюйм пузырьковый слой и того меньше. Упругость такой шины возрастает в геометрической прогрессии по мере деформации.

Для сравнения — в пневматической покрышке весь объём воздуха используется как рабочее тело. Когда вы садитесь на велосипед, и колесо деформируется на тот самый 1 сантиметр, общий объём шины уменьшается на доли процентов. Таким образом давление внутри шины практически не меняется при любой деформации, что дает возможность гасить практически любые удары ходом во всю толщину шины.

Из-за этой уникальной особенности пневматических шин они и используются практически в каждом средстве для перемещения по дорогам на протяжении последней сотни лет. Линейный ответ пневматических шин даёт не только комфортную езду, но и увеличивает тягу и уровень контроля на высоких скоростях, поскольку они практически не теряют контакт с дорогой на скоростях, в отличие от более жёстких шин.

У безвоздушных шин, впрочем, есть свои применения. Они неплохо справляются там, где либо скорость мала, либо поверхности очень ровны. Кресла-каталки, особенно те, что используются внутри помещений, роликовые коньки, некоторые поезда, детские игрушки и так далее.