タイヤを太くしすぎたらダウンチューンな理由を物理学で考察

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車のオシャレは足回りからとよく言われますよね。

車高調導入し、足を硬くし、極太ハイグリップタイヤを履く

しかし、やりすぎはよくない!!

足を硬くしすぎる、極太すぎるタイヤを履く「やりすぎ」はダウンチューンになってしまう可能性が大です。

タイヤの太さは摩擦力に関係ない??概要

極太タイヤ(2倍など極端なもの)がどうしてダウンチューンなのかを考えましょう。

答えから書いてしまうと、

コーナーのグリップ力の増加効果よりタイヤの転がり抵抗などの抵抗力の方が目立ってしまい、ロスの方が増えるからです。(もちろん空気抵抗など様々な要因が他にもあります。)

ここではグリップ力とはコーナーの踏ん張り、転がり抵抗とは直線でのタイヤにかかる抵抗としています。

結局グリップは摩擦です。摩擦係数μは荷重と接地面積に曲線的に比例するので、

荷重や接地面積が2倍になれば摩擦係数μも2倍になるわけではない(実際は1.2倍程度(らしい))からです。

ちなみに、接地面積の増加は荷重を分散させるので摩耗対策になります。

高校物理で見る摩擦力

今回はタイヤの太さとグリップに注目します。

今回の物理用語は「摩擦」です。タイヤの抵抗は結局摩擦です。

摩擦といえばおなじみ

R(抵抗)=μmg (μ:摩擦係数 m:質量 g:重力加速度)

の関係式が成り立ちます。高校物理かな??重力加速度は地球にいれば基本同じなので、

摩擦力は質量と摩擦係数に依存します。ちなみに動いてる車のタイヤの摩擦の数式はもっっと複雑ですが、大まかにはこれで十分(なはず)です。質量とは要するに「荷重」ですね。

なのでぱっと見、タイヤ太さは摩擦には関係しません。

重さと摩擦係数が同じであれば極太でも極細でもグリップは同じです。

しかし、これは理論的な話で、潰れないなど様々な条件がある基本的なものです。

今回は車はグリップ走行を考えるので、摩擦係数=静止摩擦係数です。動摩擦係数は滑っている状況なので、ドリフト時のことですね。

車はロールするので質量(今回はタイヤ1本にかかる荷重とする)は可変ですね。

そして今回はタイヤ以外純正の車を考えましょう!

タイヤの太さは何に関係する??

ここまでが前提です。

上の式で考えると、グリップ力は接地面積に依存しないですよね。つまり細いタイヤでも太いタイヤでもグリップ力は変わらないはず。

しかし、経験的にこれ⇧は間違っていそうですよね。これを数式的に考えるととてもめんどくさくなるので簡潔に考えましょう。

結局、タイヤサイズや種類を変えるとコーナーでの踏ん張りなどのグリップが変化するのは荷重と接地面積に対する摩擦係数μとその限界が変化するからです。

想像通り滑りにくくなるということですね。

滑りにくくなるということは、静止摩擦係数が動摩擦係数に変化しにくいと考えてください。

荷重と接地面積と摩擦係数μの関係は??

上の話から荷重と接地面積が変化した場合、摩擦係数μが変化します。

が、それは線形比例(直線的:一次関数的)ではなく、曲線的(単位面積当たりの荷重の-1/3乗に比例)らしいです。(実験的にはこの曲線をうまく出すことは難しいらしい)

つまり、タイヤの太さを2倍にしても、荷重を400kgから800kg(2倍)に増えるコーナリングをしても、摩擦係数は2倍にならないということです。

日本ゴム協会 やさしいゴムの物理より

結局、いくら太くしても、タイヤ1本で走っても摩擦係数μはあまり変化してくれないです。

荷重を掛けられるだけ最大までかけた状態(凄まじいスピードで突っ込んだ)のとき、静止摩擦が働く領域であればどんなに太くしても無意味です。現実的に考えると、超過速度でのコーナーインで滑らないタイヤを作るのは難しいということですね。

さらに、むしろ直線での加速がタイヤの抵抗によって阻害されてしまいますよね。

太いタイヤのメリットとは

太さはグリップに関係ないと言いつつ、上の議論でグリップ力は確実に上がることがわかりました。

ただし、太さを2倍にしたからと言ってグリップも2倍になるという訳ではないようです。

また接地面積の増加は荷重を分散させるので摩耗対策になります。

寿命は伸びるはずです。キャンバーやら走り方でもちろん偏摩耗してしまうだけの可能性もありますが、、、

バランスの良さはやはり純正

ではこのコーナリングとストレートのグリップ力とタイヤ太さと荷重の絶妙なトレードオフ関係をいい塩梅に持っていっているタイヤサイズは、、、純正タイヤです。

純正タイヤから大きく変化させてしまうとむしろダウンチューンの可能性が高いということですね。

純正タイヤは、サーキットでも普段使いでもバランスよく作られていますよという意味です。

まとめ

タイヤ太さを2倍にしてもグリップ力は2倍にはならないことがわかりました。

2倍まで太くしたからコーナー突っ込めるぜ!と言うわけでは無いようですね。

一応高校物理の範疇では太さは摩擦力に関係ないと言う基礎物理を知っていてください。

最後までご覧頂きありがとうございました。

考察してみよう的な記事は中学生でも理解できるような言葉を使って記述することを心がけています。難しい表現や、ここよくわからんや間違っている箇所などは指摘していただけるとありがたいです。

この記事を書いた人
Tatsuki

車とホームシアターとカメラが好きな20代。
国立大学院卒物理学修士取得。知識をフルに使い原理レベルで解説する記事を書いています。
最近カメラに手を出してしまい金欠具合が加速。
自分の好きなことを中心にレビューなど情報発信しています。
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