Úzký nebo široký? Vysoký nebo nízký tlak? Vany nebo klinče? Prošetřujeme komplikace týkající se výběru pneumatik
V návaznosti na náš test: Jsou širší pneumatiky opravdu rychlejší? Rozhodli jsme se pokračovat ve vyšetřování komplikací při výběru pneumatik.
Jeden z největších skoků v cyklistické technologii přišel z nepravděpodobného zdroje: skotského veterinárního lékaře jménem John Boyd Dunlop. V roce 1888, ve významném odklonu od své každodenní práce, vytvořil Dunlop první pneumatiku ve snaze zbavit svého syna bolestí hlavy a nepohodlí, které chlapce trápily, když jezdil na své tříkolce s pevnými pneumatikami po hrbolatých dlážděních v Belfastu.
Rychle vpřed k dnešku a základní koncept se nezměnil – utěsněná vzduchová komora poskytuje vrstvu tlumení mezi jezdcem a vozovkou – ale to neznamená, že všechny pneumatiky jsou stejné. Některé pneumatiky jsou rychlejší než jiné, ale než budete moci najít tu nejlepší pro vás, vyžaduje to trochu pochopení technologie pneumatik.
Odporovat odpočinku
'Při jízdě musí cyklista čelit různým typům odporu: odporu vzduchu, hmotnosti (při zrychlování nebo brzdění) a valivého odporu pneumatiky, což je ztráta energie způsobená odvalováním pneumatiky vpřed,' říká Nicolas Cret, vývojář silničních pneumatik Michelin. „Měříme valivý odpor pomocí pevných parametrů, jako je regulovaný tlak, konstantní rychlost, zatížení a teplota. Měřicí stroj se obvykle skládá z bubnu, který musí být co největší, aby simuloval rovnou zem. Pneumatika se během zahřívání otáčí danou rychlostí/zatížením/tlakem a poté zastavíme výkon bubnu a změříme vzdálenost, dokud se pneumatika nepřestane odvalovat. Čím delší vzdálenost, tím nižší je valivý odpor.’
V základních termínech je tedy valivý odpor síla, která působí proti dopřednému pohybu pneumatiky valící se po povrchu. Z praktického hlediska spolu s faktory, jako je odpor vzduchu, tato odporová síla znamená, že když jedete na volnoběh na rovném povrchu, nakonec se zastavíte. Ale protože energii nelze vytvořit ani zničit, pouze změnit, kam zmizela energie, která nás poháněla vpřed?
„Valivý odpor v pneumatikách je energie spotřebovaná k překonání deformace pneumatiky,“říká Wolf VormWalde, produktový manažer pneumatik ve společnosti Specialized. „Když je pneumatika pod zatížením, deformuje se a deformace materiálu vyžaduje sílu. Když se pneumatika odvaluje, deformace pokračuje, když běhoun pneumatiky a její bočnice procházejí kontaktní plochou [kde se pneumatika setkává s povrchem vozovky], když se kolo otáčí. Pneumatika je tedy namáhána a deformována při průchodu do kontaktní plochy a při vystupování z kontaktní plochy se uvolňuje. Ale na rozdíl od dokonalé pružiny pneumatika nevrací energii, která do ní vložená při deformaci.’
Pozorujte, co se děje s pneumatikami stacionárního kola pod váhou jezdce, a pochopíte, co znamená VormWalde. Pneumatika pod zatížením jezdce se vyboulí na bočních stěnách a běhoun se zploští, aby se přizpůsobil tvaru povrchu pod ní. Když je kolo v pohybu a pneumatika se otáčí, tento proces probíhá znovu a znovu v místě, kde se pneumatika setkává s povrchem vozovky. V ideálním světě by pneumatika „dala tak dobře, jak měla“, odrazila by se od povrchu vozovky s takovou silou, jakou by v první řadě přitlačila na povrch vozovky, a proto by energie vložená do pohybu vpřed byla zakonzervované. Naneštěstí jsou kaučukové směsi v pneumatikách „viskoelastické“, což znamená, že jak se deformují pod zatížením, molekuly v polymerních řetězcích směsi se přeskupují, a tak se o ně otírají. Toto vnitřní tření vytváří teplo, které je bohužel zbytečným vedlejším produktem při snaze pohánět vaše kolo vpřed. Po hodině na turbo trenažéru nahmatejte zadní pneumatiku a brzy získáte obrázek.
Právě tato deformace pneumatiky je klíčová pro její valivý odpor, a tedy i její „rychlost“. Způsob, jakým se pneumatika deformuje, můžete ovlivnit různými způsoby, jedním z nich je měnit tlak vzduchu, který do ní pumpujete.
Deformace charakteru
Pokud čím více se pneumatika deformuje, tím má větší valivý odpor, jistě vše, co musíte udělat, je nafouknout pneumatiku na nejvyšší možný tlak, aby se téměř nedeformovala, a ztráta energie v důsledku valivého odporu se projeví být minimalizován? Pravda – jako vždy – je trochu složitější.
Christian Wurmbäck, produktový manažer společnosti Continental, říká: „Zvýšení tlaku v pneumatice sníží valivý odpor, ale pouze do určité míry. Například, pokud vezmete 23mm pneumatiku a zvýšíte tlak z 85psi na 115psi, budete mít menší valivý odpor. Ale pokud vezmete stejnou pneumatiku a zvýšíte tlak z 115 psi na 140 psi, není prakticky žádný rozdíl.‘
VormWalde ze Specialized souhlasí: „Na dokonale hladkém povrchu je vyšší tlak vždy rychlejší. Ale tento efekt se na skutečných silnicích zužuje, takže říkáme, že při tlaku 130 psi pneumatiku napumpujete do mrtvého stavu [tj. nemůže být užitečnější]. Důležité je zapamatovat si, že vztah mezi pneumatikou a vozovkou je symbiotický a že silnice nikdy nejsou dokonale hladké.
‘Nechcete, aby pneumatika byla tak tvrdá, aby při převrácení vozovky nemohla absorbovat povrchové frekvence. Pro pneumatiku je efektivnější absorbovat nerovnosti a nerovnosti, než přenášet tyto amplitudy na motorku a jezdce. Zvedání kola a jezdce nahoru vždy spotřebuje více energie než srážení pneumatiky. To je jeden z důvodů, proč vidíte jezdce na cyklokrosu a horských kolech s tak nízkým tlakem,“dodává.
Má pravdu. Ostřílený závodník na horských kolech se totiž místo toho, aby ho vymrštil do vzduchu, snažil udržet své tělo na rovné rovině a pomocí paží a nohou absorbovat všechny nerovnosti, které mu terén přináší. Laicky řečeno, pokud chcete jít vodorovně vpřed, neplýtváte energií vertikálně nahoru a dolů.
Trikem je zjistit nejlepší tlak v pneumatikách pro silnici, po které jedete – něco, co může vyžadovat trochu pokusů a omylů. A pak si musíte položit otázku, zda máte na prvním místě pneumatiky správné šířky.
Malá záležitost velikosti
Za starých dobrých časů si závodníci mysleli, že tenčí pneumatiky jsou lepší, přičemž většina profesionálních kol byla obouvána na cokoliv od 21 mm široké pneumatiky po nepatrnou 18 mm. Postupem času jezdci možná umístili více zásob do pohodlí a méně do otupělé rychlosti, takže 23mm pláště se staly standardem silničních kol.
Produktový manažer Schwalbe Marcus Hachmeyer však říká, že studie chování pneumatik odhalily některé poměrně překvapivé věci: „Pokud porovnáte pneumatiky s různými šířkami, ale stejnými specifikacemi – stejná směs, stejný zaoblený profil, stejný tlak nahuštění – dá se říci pokud jde o valivý odpor: čím širší, tím rychlejší!'
Zní to neintuitivně – silniční kola jsou koneckonců mnohem rychlejší než cestovní kola nebo horská kola – ale analýza kontaktních ploch pneumatiky pomohla návrhářům, jako je Hachmeyer, překonat populární názor, že „užší rovná se rychlejší“.
„Širší pneumatiky jsou rychlejší,“opakuje Wurmbäck ve společnosti Continental. „24mm pneumatika se odvaluje rychleji než 23mm, ale 25mm pneumatika se odvaluje ještě rychleji. Naše pneumatika GP4000s je ve skutečnosti asi o 7 % rychlejší ve verzi 25 mm než 23 mm.’
Důvod sahá až k problému deformace. Přestože při stejném tlaku mají široké i úzké pneumatiky stejnou plochu kontaktní plochy, přesný tvar každé kontaktní plochy se bude lišit. U užší pneumatiky bude tato plocha tenčí, ale delší a vytvoří štíhlý oválný tvar podél délky spodní části pneumatiky, zatímco u širší pneumatiky bude tvar kontaktní plochy kruhovitější, protože pneumatika je více zploštělá po své šířce.. Výsledkem je, že tenčí a delší kontaktní plocha tenčí pneumatiky podporuje větší deformaci pneumatiky – konkrétně její bočnice – než její širší protějšek. A jak jsme již slyšeli, čím více se pneumatika deformuje, tím více energie se spotřebuje na její deformaci. Ale pokud je to tak, neměli bychom všichni jezdit na 28mm?
Případ proti
‘Ačkoli 28mm pneumatika bude rychlejší než její 23mm verze, pokud jde o valivý odpor, hmotnost 28mm pneumatiky bude vyšší než 23mm, protože větší rozměr znamená více materiálu. To pravděpodobně vytvoří znatelný rozdíl, pokud jde o setrvačnost, a bude to mít vliv během fází zrychlení nebo zpomalení, “vysvětluje Nicolas Cret z Michelinu.‚Aerodynamické vlastnosti se také změní z 23mm pneumatiky na 28mm.‘
Co by odborníci zvolili, pokud by to bylo zatlačeno? „Zjistili jsme, že 24 mm je ideálním kompromisem z hlediska valivého odporu, aerodynamiky a hmotnosti,“říká VormWalde ze Specialized. Ken Avery z italské staré gardy Vittoria však nesouhlasí: „Větší [šířka] není vždy lepší. Moderování je klíčem. Jakmile překročíte 26 mm, jemné nárůsty valivého odporu se začnou ztrácet. Formule je takříkajíc odhozena. To také předpokládá, že všechny pneumatiky mají konzistentní profil, což nemají. Tloušťka běhounu [v průřezu] často způsobuje, že pneumatika je špičatější než kulatá, takže 24mm pneumatika od jednoho výrobce může být v daném scénáři rychlejší nebo pomalejší než 23 nebo 25mm.’
Aby se to ještě více zkomplikovalo, kromě výběru tlaku a šířky pneumatiky přicházejí úvahy o pružnosti pneumatiky.
Co se pod tím skrývá
Pokud deformace způsobí ztrátu energie teplem, pak pneumatika, která je poddajnější, spotřebuje méně energie na deformaci daným způsobem než pneumatika, jejíž kostra je tužší. Pod pryžovou směsí běhounu pneumatiky leží tisíce hustě tkaných vláken. V závislosti na pneumatice může tato kostra obsahovat až 320 vláken na palec (tpi), všechny z velmi jemné bavlny, nebo možná jen 60, vyrobených z rozhodně silnějšího nylonu. Výsledek, říkají výrobci jako Vittoria a Challenge, je ten, že čím vyšší je počet závitů, tím je pneumatika pružnější, a tudíž snáze se deformuje, a tím nižší valivý odpor bude mít.
„Čím větší počet tpi, tím pružnější pneumatika,“říká Simona Brauns-Nicol z Challenge. „Dodavatelé postupem času dodávali vyšší a kvalitnější nitě, které výrobcům pneumatik umožnily přejít z maximálního tkaní 280/300 tpi na 320 tpi. Čím pružnější a pružnější plášť, tím větší pohodlí a především lepší přilnavost k vozovce, dosažení nejvyšší rychlosti.“Ve světě pneumatik však není nic jednoduchého, a tak více závitů automaticky neznamená rychlejší pneumatiku.
VormWalde ze Specialized říká: ‚Pneumatika 60 tpi s dobrou směsí pláště může být stejně rychlá jako pneumatika 100 tpi. Důležitý je také materiál – některé polybavlněné obaly jsou rychlé, ale to není kvůli počtu nití, je to kvůli latexové impregnaci, díky které je velmi elastický. Vysoký počet závitů nutně neznamená rychlejší pneumatiku.’
Pokud pružnější pneumatiky znamenají lepší valivý odpor, pak je třeba totéž říci o duších. „Ještě pružnější a odolnější jízdu lze dosáhnout použitím latexové duše místo butylové duše,“říká Simona Brauns-Nicol na Challenge. „Ty naše lze nafouknout na přibližně 300násobek jejich původního objemu. Latex je pevný a elastický zároveň a nepropíchne se tak snadno, protože elasticita znamená, že latexová trubice má tendenci obcházet cizí předměty.‘
Latex je nejen přirozeně pružnější materiál, ale také lehčí – takže překonává butylové trubky, pokud jde o valivý odpor. Tato pružnost však něco stojí: latex je poréznější než butyl, což znamená, že vzduch bude během dnů znatelně unikat.
Lidé jako Specialized a Challenge by se pravděpodobně mohli dohadovat o latexových duších, počtu závitů a pláštích celé dny (není žádným překvapením, že Challenge se pyšní výrobou pneumatik s počtem závitů až 320 tpi, zatímco Specialized se zdá být spokojený s maximálním výkonem 220 tpi), ale jejich protichůdné názory zdůrazňují samotné jádro tohoto problému „rychlých pneumatik“: neexistují žádné definitivní odpovědi. Jistě, existují základní parametry – velikost, tlak, poddajnost – ale takové věci jsou tak neoddělitelně spjaty jak jedna s druhou, tak otázky valivého odporu, aerodynamiky a setrvačnosti, že je zbytečné se soustředit jen na jeden aspekt na úkor ostatních.
Jak říká Cret at Michelin: „Navrhování pneumatiky by mělo být chápáno jako pokus o zlepšení mnoha protichůdných výkonnostních oblastí současně. Pneumatika je vždy kompromisem výkonu. Co je to rychlá pneumatika? No, to záleží na tom, co myslíš tím rychle.‘
A nakonec…do vany či ne do vany?
Po celá léta byly duše nabízeny jako nejlepší pneumatika, kterou může seriózní jezdec získat, přičemž příznivci tvrdí, že jediným důvodem, proč na nich nejezdit každý den, jsou nepohodlí a náklady na propíchnutí. Existuje však několik společností, které jsou ochotny tento konkrétní applecart naštvat.
„Klinče jsou rychlejší než trubkové,“prohlašuje Wolf VormWalde ze Specialized. „Je to proto, že polovinu účinné vzduchové komory tvoří ráfek. Bočnice ráfku se při odvalování nedeformují a nespotřebovávají tak žádnou energii. Mysleli jste si, že jsme Tonyho Martina donutili používat klinče z komerčních důvodů, že? Ne! Jsou prostě rychlejší.‘
Toto létání tváří v tvář konvenční moudrosti nepochází jen od jednoho muže (i když v centru poměrně velké cyklistické korporace), ale spíše je to sentiment sdílený také takovými giganty jako Schwalbe a Continental. Ale pokud je to tak, proč profesionálové nejezdí přesvědčivě? No, říká Christian Wurmbäck z Continentalu, to je jasné.
‘Trubkové dvojkolí je lehké, ale, což je důležité pro profesionální jezdce, umožňuje jízdu do roviny. V případě plochého kola při vysoké rychlosti zůstává trubička na ráfku kvůli lepidlu, na rozdíl od klinče, který má tendenci spadnout, což vede k velmi ošklivé nehodě.‘
