November 01, 2009

タイヤ空気圧とボイル・シャルルの法則

八ヶ岳高原ポタのネタが続いて恐縮ですが、スタート地点の小淵沢に着いててタイヤ
を組み入れていざ走り出すと・・・。 
あれアレ? なんかタイヤが硬い感じがするぞ !?

そう、ポテトチップなどの袋が標高が高い所に行くと、パンパンに膨らむと同じように、
タイヤの空気圧も上がるのです。 
標高が高くなっていくと、どのくらいタイヤって膨張するんだろう・・?  
ググっても、こんなアホな疑問に答えてくれる
サイトは無いですねー。
じゃー自分で検証しようと、科学的・定量的に分析してみました。 
空気圧変化

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タイヤ空気の標高・温度の違いによる体積比は、ボイル・シャルルの法則より求められます。
ボイル・シャルルの法則? なんとなく大脳皮質の隅っこに残っていませんか。
脳細胞は、1日で10万個減っていくので、もう忘れてしまったかな?
ではここで、高校物理の授業を思い出しましょう!
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ボイル・シャルル
ボイルの法則とは、一定温度下での体積と圧力の関係です。
そして、シャルルの法則とは、一定圧力下での体積と温度の関係です。
つまり、体積は圧力と温度によって変化します。
そこで、ボイルの法則とシャルルの法則をあわせると、
圧力と温度が同時に変化した時の関係を導くことができます。

一定量の気体の圧力(P)、体積(V)、温度(T)の関係は次のようにまとめることができます。
 PV/T=R  (圧力×体積)/絶対温度=一定

 絶対温度: 簡単に言うと物体の原子や分子の熱運動が全くなくなって完全に静止する温度
       絶対零度は摂氏では、マイナス273℃

ここまで、理解できましたか? (「わかんねーよ!」ですか・・・
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それでは、実際に計算してみましょう!
ポタ前日、いつもの空気圧(
7kgf/㎠=7bar)を入れた時の気温が20℃、標高が海抜0mとして1気圧 1013hPa、
「道の駅こぶちざわ」の気温は10℃で、標高は1000m、
計算すると気圧は 899hPaです。
タイヤの空気体積を、それぞれV1、V2とします。

以上の条件で膨張率を計算すると、
(圧力×体積)/絶対温度=1013V1/(273+20)=899V2/(273+10)と一定なので、
体積比は、V2/V1={1013×(273+10)}/{899×(273+20)}= 1.088倍 
空気圧はというと、7kgf/㎠×1.088=7.62kgf/㎠(bar)となります。 

なるほど! 数字的にもタイヤが膨張していることが理解できますね〜。
「圧が上がって接地面が少なくなってスイスイ〜」とならないのが現実です・・トホホ

以上、ヒマジン(暇人)による、くだらないイマジン(想像)でした・・・。

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この記事へのコメント
大変参考になりました〜(^^♪
箱根などの山間部に行く時は気をつけないといけませんね。
Posted by syou at November 02, 2009 22:31
>syouさんへ

くだらない検証ブログをご覧いただきましたありがとうございます。

>箱根などの山間部に行く時は気をつけないといけませんね。
標高が高い所からスタートする場合は空気圧を考慮した方がいいですけど、
海抜ゼロから高い所へ走っていく場合は、気にしなくていいですよ。
いちいち、ゲージイングとポンピングしていられないですからね・・・。

今度バッソ見かけたら、お声がけします〜
Posted by snipersum at November 03, 2009 08:57