W poprzednich artykułach wielokrotnie poruszaliśmy temat kół samochodowych, ale nie było jak dotąd mowy o jednej ważnej kwestii. Większość użytkowników zapewne nie ma pojęcia w jaki sposób ciśnienie w oponach – ten maleńki szczegół – wpływa na zachowanie samochodu na drodze. Wielu kierowców nie zdaje sobie sprawy, że parametr ten nie pozostaje stały, nawet jeśli nie złapiemy gumy. W tym artykule zajmiemy się czynnikami, które oddziałują na ciśnienie w oponach, jak również wpływ, jaki mają one na komfort jazdy.

Ciśnienie barometryczne jako zmienna

Na początek powtórka z podstaw fizyki. Jeśli objętość powietrza wypełniającego oponę i jego masa pozostają stałe, to nie zmienia się również ciśnienie wewnątrz opony. W rzeczywistości jednak ciśnienie w oponie dalekie jest od stałego. Ciśnienie nie jest bowiem tylko funkcją objętości.

Poniższy wzór wyjaśnia szczegółowo tę zależność:

pV=nRT

gdzie:

– p to ciśnienie [Pa]
– V to objętość [m³]
– n to ilość substancji chemicznej, czyli gazu [mol]
– R to uniwersalna stała gazowa (8,314 [J/(mol x K])
– T to temperatura bezwzględna [K]

W naszym konkretnym przypadku ilość substancji w oponie jest stała (zakładamy oponę idealnie szczelną), co pozostawia nam trzy zmienne: ciśnienie, objętość i temperaturę.

Opona odkształca się podczas jazdy, więc jej objętość nie jest wielkością całkowicie stałą, choć akurat to możemy zignorować, gdyż zjawisko to tylko w minimalnym stopniu wpływa na ciśnienie w oponie. Odkształcenie opony jest jednak istotne ze względu na inny czynnik, ale o tym za chwilę.

Pozostają ciśnienie i temperatura. Ciśnienie w oponie można wyregulować, ale temperatura pozostaje poza naszą kontrolą, lecz ona właśnie wywiera spory wpływ na ciśnienie w oponach.

Należy zauważyć, że powyższe informacje moglibyśmy również wyprowadzić z prawa Boltzmanna, które wygląda następująco:

pV=NkT

gdzie:

– N to ilość cząsteczek [sztuk]
– k to stała Boltzmanna (1,380649-10⁻²³ [J/K])

Pogoda

Pierwszym czynnikiem wpływu jest zewnętrzna temperatura otoczenia, która zależy od pogody.

Każdy producent samochodów daje zalecenia co do ciśnienia opon. Można je znaleźć zazwyczaj na nitowanej blaszce lub naklejce na jednym ze słupków B, przy otwartych drzwiach przednich.

Co się stanie w przypadku zmiany ciśnienia? W jaki sposób producent może podawać tylko jedną wartość jako zalecenie? Otóż zalecenie to odnosi się do standardowej temperatury zewnętrznej równej 20°C – jest to tzw. wartość ciśnienia zimnego.

Gdy tylko temperatura otoczenia odbiega od tej wartości ma to wpływ na ciśnienie wewnątrz opony.

Pytanie brzmi: w jakim stopniu i w jakim kierunku temperatura ta może się odchylić?

Dzięki powyższemu wzorowi, możemy szybko zorientować się, że wzrost temperatury zewnętrznej powoduje proporcjonalny wzrost ciśnienia w oponie. Z praktycznego doświadczenia znamy również jego zakres: ogólnie można powiedzieć, że wzrost temperatury o 1 stopień Celsjusza oznacza wzrost ciśnienia o około 0,013-0,015 bara, a ochłodzenie o 1 stopień Celsjusza oznacza taki sam spadek ciśnienia w oponach. Nie wydaje się to znaczącą wartością, ale jeśli różnica temperatur w godzinach popołudniowych w porównaniu z godzinami porannymi wynosi 20°C, to różnica ciśnień może osiągnąć wartość aż trzech dziesiątych bara.

Zmiana ciśnienia podczas jazdy

Mało kto się nad tym zastanawia, ale przyczyną zmiany ciśnienia możemy również być my sami.

Guma idealnie nadaje się do utrzymywania kontaktu z drogą właśnie dlatego, że łatwo odkształca się w dość szerokim zakresie. Oznacza to, że przy tak dużych odkształceniach również histereza gumy jest duża. Sprężynowanie powoduje wzrost ciepła w wewnętrznej strukturze opony.

Bezpośrednim tego skutkiem jest nagrzewanie się opony i częściowe przekazywanie ciepła do znajdującego się w niej powietrza.

Jeśli ponownie przyjrzymy się powyższym wzorom, szybko zauważymy, że transfer cieplny również powoduje wzrost ciśnienia wewnętrznego koła.

Jego zakres silnie zależy od obciążenia, jakie opona przenosi podczas jazdy (rolę odgrywają tu dynamika jazdy i dodatkowe obciążenie pojazdu). Przy normalnym użytkowaniu możemy spodziewać się wzrostu o 0,06-0,1 bara co pięć minut od startu, aż do osiągnięcia średniego wzrostu 0,25-0,35 bara.

Nasłonecznienie

Bezpośrednie światło słoneczne jest dodatkowym czynnikiem wpływającym na ciśnienie w oponach i to również podczas postoju.

Opony dostępne obecnie na rynku są zazwyczaj czarne, co powoduje dodatkową absorpcję światła słonecznego na całej powierzchni opony. Absorpcja ciepła wpływa na całą strukturę opony, a tym samym również na znajdujące się w środku powietrze.

To, jak bardzo światło słoneczne podnosi ciśnienie, zależy od jego intensywności. W skrajnych przypadkach może dojść do wzrostu nawet o 15%, co dla opony samochodu osobowego może oznaczać również kilka dziesiątych części bara.

Co zrobić?

To oczywiste, że nie możemy kontrolować temperatury otoczenia. Możemy jednak uniknąć kilku podstawowych błędów, jeśli mamy świadomość powyższych faktów. Np., warto wykonywać regularny pomiar ciśnienia, jednak nie od razu po zakończeniu jazdy, lecz po odczekaniu ok. 30 minut, najlepiej w zacienionym miejscu.

Po dłuższym postoju zawsze należy ponownie sprawdzić ciśnienie w oponach, aby wykryć ewentualne nieszczelności.

Wpływ środowiska na ciśnienie opon można zniwelować, wypełniając oponę gazem obojętnym (najczęściej azotem) zamiast powietrza, ponieważ gazy te są mniej reaktywne na zmiany temperatury zewnętrznej lub na przekazywane im ciepło. To rozwiązanie stosuje się w sportach wyczynowych, rzadziej w zwykłym ruchu.