転がり抵抗

転がり抵抗について

転がり抵抗（Rolling resistance）は、ボールやタイヤなどが進行する際に生じる進行方向に対して逆向きの抵抗です。この力は、転がる物体とそれが接触する面との間で生じる摩擦や変形から発生します。

概要

物体が転がる際には、接触面での変形と復元が繰り返し起こり、このプロセスで運動エネルギーが散逸します。この転がり抵抗は、物体の特性、表面の粗さ、さらには上にかかる圧力に大きく依存します。例えば、鉄球を鉄板上で転がす場合と比べて、木板上で転がす場合の方が抵抗が大きくなります。このように、物体の材質や環境が影響を与えるのです。

転がり抵抗係数(RRC)

転がり抵抗係数（Cr）は、特定の条件下での転がり抵抗の大きさを表す値です。垂直抗力（N）に対して転がり抵抗Fは、以下の式で表されます。

$$F = C_{rr} imes N$$

例えば、1トンの自動車が砂地を走る際には、約3000ニュートンの力が必要です。興味深いことに、転がり摩擦係数は静止摩擦係数や動摩擦係数に比べて非常に小さく、鉄の静止摩擦係数は0.3から0.5の範囲に対し、転がり摩擦係数は0.00002から0.0001といった数値になります。

タイヤの転がり抵抗

日本自動車タイヤ協会（JATMA）は、2010年からタイヤの転がり抵抗に基づき、「AAA」から「C」までの等級表示を導入しています。タイヤの転がり抵抗は、自動車全体のエネルギー損失に大きな影響を与え、特にトラックやバス用のタイヤでは、高速走行時に4割も占めることがあります。そのため、タイヤの性能を改善することで燃費の向上が期待できます。

影響を与える要因

1. 変形によるエネルギー損失: タイヤの変形に伴うエネルギー損失が、転がり抵抗の90%を占めています。タイヤは複数の材料から成り、特にゴムの粘弾性が変形時のエネルギー散逸の要因となります。タイヤの空気圧が低いと、変形が大きくなり燃費が悪化します。

2. 摩擦によるエネルギー損失: 路面の状態も影響します。品質の悪い舗装や摩擦の強い路面では、転がり抵抗が増加します。国際規格（ISO28580）によって測定方法が定められています。

3. 空気抵抗: 空気中での回転により生じる空気抵抗も重要な要素ですが、転がり抵抗とは別の現象として考えられます。しかし、完全な真空環境での測定は不可能であり、実際には空気抵抗が存在します。

結論

転がり抵抗は、車両の燃費や性能に影響を与える大きな要因です。タイヤの設計、表面の状態、走行条件など多様な要素が絡むため、最適な条件を整えることが燃費向上につながります。例えば、タイヤのトレッド厚や空気圧などは、その抵抗値を大きく変える要素として重要です。

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