¿Por qué necesitamos neumáticos llenos de aire?

¿Es esto una conspiración de los fabricantes de bicicletas y ruedas para mantener una demanda constante de cámaras y neumáticos?

No, porque si funcionó tan bien como usted sospecha, alguien lo habría hecho posible y se habría llevado todo el dinero que obtienen las compañías de tubos y llantas.

La razón por la que se siguen usando llantas neumáticas es porque el aire en sí mismo es un gran resorte. Además, al ser un fluido, tiene la ventaja de que todo el aire de un neumático puede funcionar como un resorte todo el tiempo. El caucho en la carcasa del neumático también funciona muy bien como amortiguador y, al igual que el aire, todo el neumático se flexiona a la vez, no solo la zona de contacto, sin importar en qué dirección esté orientado el neumático. Estos dos efectos se complementan mutuamente y hacen que el neumático sea lo que es.

Si tenía una tira sólida de caucho, solo el caucho en el área inmediata puede hacer el trabajo, por lo que tendrá una conducción más dura o una llanta más pesada. El mismo problema existe también con otras alternativas sin aire.

Ahora seguro, usted podría hacer una bicicleta de doble suspensión con una suspensión afinada para hacer un andar suave a pesar de las ruedas de goma maciza. Pero pronto descubrirá que dicha suspensión, tanto los cambios en el cuadro como los componentes, serán considerablemente más pesados ​​que un neumático normal. Y las bicicletas son una aplicación que es muy sensible al peso.

Otras aplicaciones, como los tanques, tienen un conjunto diferente de restricciones y compensaciones, por lo que se prefieren las orugas, y tienen algunos sistemas de suspensión bastante sofisticados que les permiten pasar sobre baches y otras cosas a altas velocidades, porque cuando transportan alrededor de 50 toneladas de blindaje, otra tonelada extra por una buena suspensión vale la pena.

A veces, las cosas permanecen igual para siempre porque simplemente funcionan.

Ya hay dos buenas respuestas aquí, agregaré la física relevante.

Cualquier suspensión tiene tres variables clave:

• Su constante de resorte, es decir, qué tan rápido aumenta la fuerza cuando se comprime la suspensión.

• Su amortiguación, es decir, cuánta energía se pierde en cada ciclo de compresión/descompresión.

• Su masa no suspendida, es decir, la cantidad de material que debe moverse debido al desnivel del camino.

Las bicicletas son un tipo de vehículo que requiere pérdidas de energía muy bajas (simplemente porque la entrada de energía típica se limita a unos 250 vatios). Como tal, las bicicletas necesitan absolutamente mantener la amortiguación baja, porque toda la energía que amortiguas debe provenir de tu energía cinética (¡conservación de energía!), que el ciclista trabajó duro para producir. Ahora, cuanta más masa no suspendida tenga, más amortiguación se requiere para mantener un contacto continuo con la carretera. No querrás que tus ruedas suban y bajen después de pasar por un bache, eso sería extremadamente peligroso. Esa es la razón por la cual cualquier horquilla de suspensión o suspensión de automóvil incluye amortiguadores: su único propósito es drenar energía, pero son necesarios por seguridad.

Las llantas neumáticas tienen la gran ventaja de que solo el caucho dentro del parche de contacto con la carretera es una masa no suspendida. Todo el resto del neumático, la llanta, los radios, el cubo, la horquilla, están todos suspendidos y, por lo tanto, no requieren amortiguación. El neumático en sí también tiene suficiente amortiguación dentro de su caucho para garantizar un buen contacto. Como tal, simplemente no puede encontrar un sistema de suspensión que sea más eficiente que un neumático. Además, las llantas neumáticas también permiten un fácil ajuste de la constante del resorte al bombearlas a diferentes presiones, pero eso es solo una ventaja.

Ahora, se han probado alternativas e incluso algunos las utilizan. Lo más importante por el uso de neumáticos sin aire. Estos reemplazan el tubo con un núcleo de espuma de goma. Desafortunadamente, el caucho agregado ya aumenta significativamente la amortiguación y, por lo tanto, reduce la eficiencia de los neumáticos. Sin embargo, es lo mejor que se puede hacer después de la llanta neumática. Todas las demás alternativas que moverían la suspensión más lejos del parche de contacto y, por lo tanto, aumentarían enormemente la masa no suspendida, perderían demasiada energía para amortiguar y dejarían al ciclista completamente frustrado.

Nosotros no, y existen alternativas

Lo que necesitamos es cierto nivel de conformidad en el neumático. La resistencia a la rodadura en este nivel se rige por la capacidad del neumático para rodar sobre pequeñas desviaciones de la superficie. El aire (de hecho, cualquier gas) es muy comprimible y ofrece una excelente manera de absorber estos pequeños cambios en la altura de la superficie, lo que permite que el neumático ruede bien.

Sin embargo, no son el único juego en la ciudad. Los neumáticos macizos con algún tipo de estructura interna de gomaespuma existen desde hace un tiempo. Los usé durante un tiempo a principios de los 90, pero había versiones en los 70. Cycling Weekly tiene esta revisión de un par de versiones más modernas.

De manera más exótica, una nueva empresa ha desarrollado llantas de resorte de metal hechas de "metal con memoria" . Afirman que llegarán al mercado el próximo año; si sucede o no, ya veremos.

Pero nunca han funcionado muy bien.

Históricamente, el problema con los neumáticos sólidos siempre ha sido que cualquiera que sea la estructura interna del neumático, simplemente no se adaptan tan suavemente como un globo lleno de aire a alta presión. La resistencia a la rodadura siempre ha sido peor, por lo que incluso si alguien hoy en día presenta un neumático sólido de alta calidad, tiene 50 años de mala prensa para competir.

En el lado positivo, por supuesto, no sufren pinchazos. Por lo tanto, si monta en bicicleta en invierno, cuando es probable que las carreteras estén llenas de escombros y realmente no quiere quedarse atrapado arreglando una llanta bajo la lluvia, puede sacrificar la resistencia a la rodadura por la confiabilidad. Sin embargo, eso sigue siendo una compensación que tendrías que elegir.

Y hay opciones si realmente no puedes usar aire

Históricamente, las bicicletas de centavo usaban llantas sólidas y dependían de los radios para proporcionar todo su cumplimiento. De hecho, funcionaron muy bien, hasta el punto de que las "bicicletas de seguridad" (el marco triangular estándar que conocemos hoy en día) se llamaron "boneshakers" porque las ruedas más pequeñas tenían radios más cortos que no daban la misma calidad de suspensión. Se requirieron llantas neumáticas (o algún equivalente sólido) antes de que nuestras bicicletas modernas se convirtieran en un método práctico de transporte a una velocidad razonable.

Sorprendentemente, esto alimenta directamente el diseño de las ruedas en el espacio. Las ruedas de los Lunar Rovers tenían una estructura de resorte, similar a los neumáticos de bicicleta de metal con memoria mencionados anteriormente. En su lugar, los Mars Rovers han adoptado el enfoque del penny-farthing, confiando en radios elásticos.

Una rueda es esencialmente redonda, un camino es esencialmente plano. Para un contacto razonable con la carretera que no dañe ni la rueda ni la carretera, el neumático debe deformarse en el punto de contacto para formar una zona de contacto en lugar de un punto. A medida que la rueda rueda, la deformación debe moverse en la rueda. Si la energía de deformación se gasta localmente, necesita un material perfectamente elástico.

Sin embargo, un neumático con presión constante transfiere sin esfuerzo la energía de deformación alrededor de la rueda sin pérdidas. La deformación local que se desplaza alrededor de la rueda se convierte en una deformación semiconstante en la zona de contacto con el propio neumático que no intercambia energía significativa mientras sigue la deformación.

Los ferrocarriles lo hacen de manera diferente, pero están bastante limitados en aceleración e inclinación y requieren trucos para las curvas que resultan en los típicos chirridos. También requieren trabajar con tolerancias mucho más pequeñas que el acoplamiento rueda/carretera habitual.

Esta es una de esas ideas que surgen cada dos años, una y otra vez.

Y es bastante plausible una buena idea en ciertas circunstancias, como su rover marciano (AA no presta servicio allí), o en una zona de guerra (donde un piso sería malo para su salud), o una silla de ruedas (donde usted' re literalmente varado)

Sin embargo, cada vez, la idea nunca despega porque los neumáticos funcionan mejor.

La mejor manera de hacer su propio juicio es montar algunos. Tenga en cuenta que algunas tiendas de bicicletas se niegan a instalar neumáticos sin aire, por lo que es posible que deba instalarlos usted mismo.

Si no puede encontrar ninguno para comprar, es posible fabricar sus propios neumáticos sólidos. Mira esto para ver un ejemplo:

Otra solución es usar el neumático en un centavo o en un neumático de vagón ligero. Vienen en un rollo y aseguras un lazo con cordel/cuerda.

Otra forma de probar esto es inflar el tubo con agua. Si llenara su tubo 1/6 con agua, sería esencialmente sólido, a los efectos de la conducción a baja velocidad. La velocidad lenta y la velocidad constante permiten que el agua fluya hacia abajo, mientras que a alta velocidad el agua se alinearía en el borde exterior del tubo exactamente como un sellador en tubeless.

Para hacer esto, use una bomba de oruga y colóquela en una tina de agua, inhalará y bombeará agua por la manguera hacia el tubo. Es un trabajo inmensamente más duro que bombear aire, y su bomba necesitará desmontarse, limpiarse y volverse a engrasar después.

El aire también en el tubo debe inflarse a cualquier presión "normal" para su rueda. El agua no se comprimirá y se asentará en el fondo para proporcionar una sensación de solidez.

Naturalmente, esta rueda será tan vulnerable a los pinchazos como un neumático normal, el objetivo de esto es experimentar una sensación de "neumático sólido" sin costo alguno.