Úzke alebo široké? Vysoký alebo nízky tlak? Vane alebo klince? Skúmame komplikácie týkajúce sa výberu pneumatík
V nadväznosti na náš test: Sú širšie pneumatiky skutočne rýchlejšie? Rozhodli sme sa pokračovať v skúmaní komplikácií pri výbere pneumatík.
Jeden z najväčších skokov v cyklistickej technológii prišiel z nepravdepodobného zdroja: škótskeho veterinárneho chirurga menom John Boyd Dunlop. V roku 1888, pri významnom odchode zo svojej každodennej práce, vytvoril Dunlop prvú pneumatiku v snahe zbaviť svojho syna bolestí hlavy a nepohodlia, ktoré chlapca trápili, keď jazdil na svojej trojkolke s pevnými pneumatikami po hrboľatých dláždených plochách Belfastu.
Rýchlo vpred k dnešku a základný koncept sa nezmenil – utesnená vzduchová komora poskytuje vrstvu odpruženia medzi jazdcom a vozovkou – to však neznamená, že všetky pneumatiky sú rovnaké. Niektoré pneumatiky sú rýchlejšie ako iné, ale kým budete môcť nájsť tú najlepšiu pre vás, chce to trochu porozumieť technológii pneumatík.
Odporovať odpočinku
„Cyklista musí počas jazdy čeliť rôznym druhom odporu: odpor vzduchu, hmotnosť (ak zrýchľuje alebo brzdí) a valivý odpor pneumatiky, čo je strata energie v dôsledku pohybu pneumatiky dopredu, hovorí vývojár cestných pneumatík Michelin, Nicolas Cret. „Valivý odpor meriame pomocou pevných parametrov, ako je regulovaný tlak, konštantná rýchlosť, zaťaženie a teplota. Merací stroj sa zvyčajne skladá z bubna, ktorý musí byť čo najväčší, aby simuloval rovnú zem. Pneumatika sa počas zahrievania otáča danou rýchlosťou/zaťažením/tlakom a potom zastavíme výkon bubna a zmeriame vzdialenosť, kým sa pneumatika neprestane odvaľovať. Čím väčšia je vzdialenosť, tým nižší je valivý odpor.‘
V základných pojmoch je potom valivý odpor sila, ktorá pôsobí proti pohybu pneumatiky vpred po povrchu. Z praktického hľadiska, spolu s faktormi, ako je odpor vzduchu, táto odporová sila znamená, že keď jazdíte na voľnobeh na rovnom povrchu, nakoniec sa zastavíte. Ale keďže energiu nemožno vytvoriť ani zničiť, iba zmeniť, kam sa podela energia, ktorá nás poháňala vpred?
„Valivý odpor v pneumatikách je energia spotrebovaná na prekonanie deformácie pneumatiky,“hovorí Wolf VormWalde, produktový manažér pneumatík v Specialized. „Keď je pneumatika zaťažená, deformuje sa a deformácia materiálu vyžaduje silu. Keď sa pneumatika odvaľuje, deformácia pokračuje, keď behúň a bočnica pneumatiky prechádzajú kontaktnou plochou [kde sa pneumatika stretáva s povrchom vozovky], keď sa koleso otáča. Pneumatika je preto pri prechode do kontaktnej plochy namáhaná a deformovaná a pri výstupe z kontaktnej plochy sa uvoľňuje. Na rozdiel od dokonalej pružiny však pneumatika pri deformácii nevracia energiu, ktorú do nej vložila.’
Pozorujte, čo sa deje s pneumatikami stacionárneho bicykla pod váhou jazdca, a pochopíte, čo znamená VormWalde. Pneumatika pod zaťažením jazdca sa na bočných stenách vydúva a behúň sa splošťuje, aby sa prispôsobil tvaru povrchu pod ňou. Keď je bicykel v pohybe a pneumatika sa otáča, tento proces sa deje znova a znova v bode, v ktorom sa pneumatika stretáva s povrchom vozovky. V ideálnom svete by pneumatika „dala tak dobre, ako mala“, odrazila by sa od povrchu vozovky s takou silou, aká by bola v prvom rade pritlačená na povrch vozovky, a preto by energia vložená do pohybu vpred bola zakonzervované. Nanešťastie, gumové zmesi v pneumatikách sú „viskoelastické“, čo znamená, že keď sa deformujú pri zaťažení, molekuly v polymérnych reťazcoch zmesi sa preusporiadajú, a tak sa o seba navzájom otierajú. Toto vnútorné trenie vytvára teplo, ktoré je, žiaľ, zbytočným vedľajším produktom pri snahe poháňať váš bicykel vpred. Po hodine na turbo trenažéri ohmatajte zadnú pneumatiku a čoskoro získate obraz.
Práve táto deformácia pneumatiky je kľúčová pre jej valivý odpor, a teda aj jej „rýchlosť“. Spôsob, akým sa pneumatika deformuje, môžete ovplyvniť rôznymi spôsobmi, jedným z nich je meniť tlak vzduchu, ktorý do nej pumpujete.
Deformácia charakteru
Ak čím viac sa pneumatika deformuje, tým má väčší valivý odpor, určite všetko, čo musíte urobiť, je nahustiť pneumatiku na najvyšší možný tlak, čím sa takmer nedá deformovať a stratí energiu v dôsledku valivého odporu minimalizovať? Pravda – ako vždy – je trochu komplikovanejšia.
Christian Wurmbäck, produktový manažér spoločnosti Continental, hovorí: „Zvýšenie tlaku v pneumatike zníži valivý odpor, ale len do určitého bodu. Napríklad, ak vezmete 23 mm pneumatiku a zvýšite tlak z 85 psi na 115 psi, budete mať menší valivý odpor. Ale ak zoberiete rovnakú pneumatiku a zvýšite tlak z 115 psi na 140 psi, nie je v tom prakticky žiadny rozdiel.‘
VormWalde zo Specialized súhlasí: „Na dokonale hladkom povrchu je vyšší tlak vždy rýchlejší. Tento efekt sa však na skutočných cestách zužuje, takže hovoríme, že pri tlaku 130 psi pneumatiku napumpujete až do konca [tj už nemôže byť užitočnejšie tuhá]. Dôležité je zapamätať si, že vzťah medzi pneumatikou a vozovkou je symbiotický a že cesty nie sú nikdy dokonale hladké.
‘Nechcete, aby bola pneumatika taká tvrdá, aby pri prevrátení cez cestu nedokázala absorbovať povrchové frekvencie. Pre pneumatiku je efektívnejšie absorbovať nerovnosti a hrbole, ako prenášať tieto amplitúdy na bicykel a jazdca. Zdvihnutie bicykla a jazdca nahor vždy spotrebuje viac energie ako stlačenie pneumatiky. To je jeden z dôvodov, prečo vidíte cyklistov a cyklistov na horských bicykloch, ktorí jazdia s takým nízkym tlakom, “dodáva.
Má pravdu. Skúsený pretekár na horských bicykloch sa namiesto toho, aby ho vyhodil do vzduchu na obzvlášť hrboľatú časť, pokúsil udržať svoje telo na rovnej rovine a pomocou rúk a nôh absorboval všetky nerovnosti, ktoré mu terén prináša. Laicky povedané, ak chcete ísť horizontálne dopredu, nemrháte energiou vertikálne hore a dole.
Trikom je zistiť najlepší tlak v pneumatikách pre cestu, po ktorej jazdíte – niečo, čo si môže vyžadovať trochu pokusov a omylov. A potom si musíte položiť otázku, či máte v prvom rade pneumatiky so správnou šírkou.
Malá záležitosť veľkosti
V starých dobrých časoch si pretekári mysleli, že tenšie pneumatiky sú lepšie, pričom väčšina profesionálnych kolies bola obutá na čokoľvek od 21 mm širokej až po nepatrnú 18 mm. V priebehu času jazdci možno umiestnili viac do pohodlia a menej do omračujúcej rýchlosti, takže 23 mm plášte sa stali štandardom pre cestné bicykle.
Produktový manažér Schwalbe Marcus Hachmeyer však hovorí, že štúdie o správaní pneumatík odhalili niekoľko prekvapivých vecí: „Ak porovnáte pneumatiky s rôznymi šírkami, ale rovnakými špecifikáciami – rovnaká zmes, rovnaký zaoblený profil, rovnaký tlak hustenia – dá sa povedať z hľadiska valivého odporu: čím širší, tým rýchlejší!'
Znie to neintuitívne – cestné bicykle sú napokon oveľa rýchlejšie ako cestovné bicykle alebo horské bicykle – ale analýza kontaktnej plochy pneumatiky pomohla dizajnérom, ako je Hachmeyer, prekonať všeobecný názor, že „užšie rovná sa rýchlejšie“.
„Širšie pneumatiky sú rýchlejšie,“opakuje Wurmbäck v spoločnosti Continental. „24 mm sa odvaľuje rýchlejšie ako 23 mm, ale 25 mm pneumatika sa odvaľuje ešte rýchlejšie. V skutočnosti je naša pneumatika GP4000s približne o 7 % rýchlejšia v 25 mm verzii ako v 23 mm.‘
Dôvod siaha až k problému deformácie. Hoci pri rovnakom tlaku majú široké aj úzke pneumatiky rovnakú plochu kontaktnej plochy, presný tvar každej kontaktnej plochy sa bude líšiť. V užšej pneumatike bude táto plocha tenšia, ale dlhšia a vytvorí štíhly oválny tvar pozdĺž spodnej časti pneumatiky, zatiaľ čo pre širšiu pneumatiku bude tvar kontaktnej plochy viac kruhový, pretože pneumatika je po celej šírke viac sploštená.. Výsledkom je, že tenšia a dlhšia kontaktná plocha tenšej pneumatiky podporuje väčšiu deformáciu pneumatiky – konkrétne bočnice – ako jej širší náprotivok. A ako sme už počuli, čím viac sa pneumatika deformuje, tým viac energie sa spotrebuje na jej deformáciu. Ale ak je to tak, nemali by sme všetci jazdiť na 28 mm?
Prípad proti
‘Hoci 28 mm pneumatika bude rýchlejšia ako jej 23 mm verzia, pokiaľ ide o valivý odpor, hmotnosť 28 mm bude vyššia ako 23 mm, pretože väčšia veľkosť znamená viac materiálu. To pravdepodobne spôsobí výrazný rozdiel v zotrvačnosti a prejaví sa to vo fázach zrýchlenia alebo spomalenia,“vysvetľuje Nicolas Cret z Michelinu.‘Aerodynamické vlastnosti sa tiež zmenia z 23 mm pneumatiky na 28 mm.’
Čo by si odborníci vybrali, ak by sa to presadilo? „Zistili sme, že 24 mm je ideálny kompromis z hľadiska valivého odporu, aerodynamiky a hmotnosti,“hovorí VormWalde zo Specialized. Ken Avery z talianskej starej gardy Vittoria však nesúhlasí: „Viac [šírky] nie je vždy lepšie. Moderovanie je kľúčom. Akonáhle prekročíte 26 mm, jemné zvýšenie valivého odporu začne miznúť. Formula je takpovediac odhodená. To tiež predpokladá, že všetky pneumatiky majú konzistentný profil, čo nemajú. Hrúbka behúňa [v priereze] často spôsobuje, že pneumatika je viac špicatá ako okrúhla, takže 24 mm pneumatika od jedného výrobcu môže byť v danom scenári rýchlejšia alebo pomalšia ako 23 alebo 25 mm.’
Aby sa veci ešte viac skomplikovali, popri voľbe tlaku a šírky pneumatiky prichádzajú úvahy o poddajnosti pneumatiky.
Čo sa skrýva pod
Ak deformácia spôsobí stratu energie z tepla, potom pneumatika, ktorá je pružnejšia, potrebuje na deformáciu daným spôsobom menej energie ako pneumatika, ktorej kostra je tuhšia. Pod gumovou zmesou behúňa pneumatiky ležia tisíce husto tkaných vlákien. V závislosti od pneumatiky môže táto kostra obsahovať až 320 vlákien na palec (tpi), pričom všetky sú z veľmi jemnej bavlny, alebo možno len 60, vyrobených z rozhodne hrubšieho nylonu. Výsledkom, tvrdia výrobcovia ako Vittoria a Challenge, je, že čím vyšší je počet závitov, tým je pneumatika pružnejšia, a teda tým ľahšie sa deformuje, a teda tým nižší valivý odpor bude mať.
„Čím väčší je počet tpi, tým je pneumatika flexibilnejšia,“hovorí Simona Brauns-Nicol z Challenge. „Postupom času dodávali dodávatelia závity vyššej a vyššej kvality, ktoré výrobcom pneumatík umožnili prejsť z maximálneho tkania 280/300 tpi na 320 tpi. Čím pružnejší a pružnejší plášť, tým viac pohodlia a predovšetkým lepšie priľnavosť k vozovke, čím sa dosiahne aj najväčšia rýchlosť.“Vo svete pneumatík však nie je nič jednoduché, a tak viac závitov automaticky neznamená rýchlejšiu pneumatiku.
VormWalde zo spoločnosti Specialized hovorí: „Pneumatika 60 tpi s dobrou zmesou plášťa môže byť taká rýchla ako pneumatika 100 tpi. Dôležitý je aj materiál – niektoré polybavlnené črevá sú rýchle, ale to nie je kvôli počtu nití, ale vďaka latexovej impregnácii, vďaka ktorej sú veľmi elastické. Vysoký počet závitov nemusí nutne znamenať rýchlejšiu pneumatiku.’
Ak pružnejšia pneumatika znamená lepší valivý odpor, potom to isté treba povedať aj o dušiach. „Ešte pružnejšiu a odolnejšiu jazdu proti prepichnutiu je možné dosiahnuť použitím latexovej trubice namiesto butylovej duše,“hovorí Simona Brauns-Nicol na Challenge. „Naše sa dá nafúknuť na približne 300-násobok ich pôvodného objemu. Latex je pevný a elastický zároveň a neprepichne sa tak ľahko, pretože elasticita znamená, že latexová trubica má tendenciu obchádzať cudzie predmety.‘
Okrem toho, že latex je prirodzene pružnejší materiál, je tiež ľahší – takže z hľadiska valivého odporu prekoná butylové rúrky. Táto pružnosť však niečo stojí: latex je poréznejší ako butyl, čo znamená, že vzduch bude počas dní citeľne unikať von.
Ľudia ako Specialized a Challenge by sa pravdepodobne mohli hádať o latexových dušiach, počte závitov a plášťoch celé dni (nie je prekvapením, že Challenge sa pýši výrobou pneumatík s počtom závitov až 320 tpi, zatiaľ čo Specialized sa zdá byť spokojný s maximálnym výkonom 220 tpi), ale ich protichodné názory zdôrazňujú samotné jadro tohto problému „rýchlych pneumatík“: neexistujú žiadne definitívne odpovede. Iste, sú tu základné parametre – veľkosť, tlak, pružnosť – ale také veci sú tak neoddeliteľne spojené ako jedna s druhou, tak aj otázky valivého odporu, aerodynamiky a zotrvačnosti, že je zbytočné sústrediť sa len na jeden aspekt na úkor ostatných.
Ako hovorí Cret at Michelin: „Nadizajn pneumatiky by sa mal vnímať ako pokus o zlepšenie mnohých protichodných výkonnostných oblastí súčasne. Pneumatika je vždy kompromisom výkonu. Čo je to rýchla pneumatika? No, to závisí od toho, čo myslíš pod pojmom rýchlo.‘
A na záver…do vane či do vane?
Po celé roky boli duše ponúkané ako najlepšia pneumatika, akú môže seriózny jazdec dostať, pričom priaznivci tvrdia, že jediným dôvodom, prečo na nich nejazdiť každý deň, sú nepohodlie a náklady spojené s prepichnutím. Existuje však niekoľko spoločností, ktoré sú ochotné rozrušiť tento konkrétny applecart.
„Klinče sú rýchlejšie ako rúrky,“vyhlasuje Wolf VormWalde zo Specialized. „Je to preto, že polovicu účinnej vzduchovej komory tvorí okraj. Bočnice ráfika sa pri rolovaní nedeformujú a nespotrebúvajú tak žiadnu energiu. Mysleli ste si, že sme Tonyho Martina prinútili používať klinče z komerčných dôvodov, však? Nie! Sú jednoducho rýchlejší.‘
Toto lietanie zoči-voči konvenčnej múdrosti nie je len od jedného muža (hoci jedného v centre pomerne veľkej cyklistickej korporácie), ale je to skôr názor zdieľaný aj takými gigantmi ako Schwalbe a Continental. Ale ak je to tak, prečo nejazdia profesionáli? No, hovorí Christian Wurmbäck z Continentalu, to je jasné.
‘Rúrkové dvojkolesie je ľahké, ale čo je dôležité pre profesionálnych jazdcov, umožňuje jazdu na rovinu. V prípade plochej jazdy pri vysokej rýchlosti zostáva trubica na ráfiku kvôli lepidlu, na rozdiel od klinča, ktorý má tendenciu odpadávať, čo vedie k veľmi škaredej nehode.‘
