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タイヤ軽量化の効果
タイヤの軽量化の効果に関して、以前に15倍理論に対する疑問を書きましたが、同様の疑問を持つのは私だけではないようで、こんなページを見つけました。

http://www7a.biglobe.ne.jp/~sigotnin/car/car007.htm

この中で、
"「ばね下重量の軽減は、ばね上の約10倍の重量軽減に匹敵する」とはどういうことか"
と題して、まさに15倍理論に抱いていた疑問に対する検討がなされています。
それによると、タイヤ等の回転部分の慣性モーメントと、それを車体部分の重量に換算したときの重量とを混同しているために、10倍とか15倍とかいう数字が出てきたのでないか、と筆者は推察されています。
詳細は上記のページをじっくり読んで欲しいのですが、もしそうだとすれば、慣性モーメントと質量という全く別の次元のを較べた話をしているというわけで、そもそも比較すること自体が無意味ですね。
(距離10キロと速度10キロとを較べてどちらが大きいか?なんて言えないとの同じ)

いずれにしても、15倍理論への不信は募るばかりです^^;

疑ってばかりいてもしょうがないので、自分でも計算してみました。



自転車を例に、タイヤ部分の100gの重量を加速させるのにどれだけのエネルギーが必要かを求めてみます。言いかえれば、タイヤを100g軽くすれば、どれだけ加速が楽になるかを考えます。

静止状態からスタートして、0→10m/s(36km/h)まで加速する場合を考えます。

タイヤの回転に要する回転運動エネルギーは、
k = 1/2*I*ω^2 = 1/2*0.009*33.3^2 = 5 [J]

ただし、
慣性モーメント:I = m*(d/2)^2 = 0.1 * 0.3^2 = 0.009 [kg・m2] (注1)
角速度:ω = v/(d/2) = 10/0.3 = 33.3 [rad/s]

一方、タイヤが速度10m/sで並進するときの運動エネルギーは、
K = 1/2*m*v^2 = 1/2*0.1*10^2 = 5 [J]

以上の試算結果から、タイヤの回転とタイヤの並進に要するエネルギーはどちらも5Jで等しいということになります。つまり、加速に関していえば、タイヤを100g軽くするのは、回転に要する効果で100g、車体全体の重量軽減効果で100g、合わせて200gの軽量化と同じということです。

15倍には到底及びませんが^^;、加速に対してはタイヤの軽量化は車体の軽量化の2倍の効果があるといえそうです。(注2)

注1:ここではタイヤ径d=0.6mとして計算していますが、タイヤ径は結果には影響しません。
注2:ここではタイヤ外周上に100gの質量があると仮定していますが、より中心に近いところの重量は慣性モーメントにあまり寄与しなくなりますから、2倍よりも小さい効果に留まることになります。
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by Mazoka3 | 2005-11-29 00:29 | ひとりごと | Comments(8)
Commented by 都築由浩 at 2005-11-29 01:08 x
この「〜倍の効果が」というのは、単純な数値上のものではなくてサーキットのラップタイムのような不確定要素を含んだ結果の値だと思ってますが。もともとレースのエンジニアが口にした言葉のようですし。
15倍の根拠は、「駆動系の軽量化が、シャシーの他の部分に比べて5倍の効果」 × 「バネ下の軽量化が、シャシーの他の部分に比べて3倍の効果」 で 「15倍」 ではないかと。
Commented by Mazoka3 at 2005-11-29 07:34
なるほどー。レースエンジニアって職人みたいなもんなので、彼らの経験上で導かれた数字だと言われると反論のしようもないですが^^;
ともかく、4倍説、10倍説、15倍説とばらつきがあるのをみても単純に数値で表されるものではなさそうですね。少なくとも、前提条件によっていくらでも変わる事のようです。
今回計算したように、駆動系(タイヤも含む速度に比例して回転している部分)の慣性モーメントの大小が加速に及ぼす影響だけなら、話はわりと単純で簡単に計算できます。しかし、サスペンションが絡んでくるとややこしいですね。そもそも"効果"を定量化するのが難しいですから。
いずれにしても、"XX倍の効果"という言葉だけがひとり歩きしているのは確かのようですね。
Commented by 都築由浩 at 2005-11-29 11:48 x
>いずれにしても、"XX倍の効果"という言葉だけがひとり歩きしているのは確かのようですね。

それは同感です。
広告にも単に「効果があります」と書くよりは「〜倍の効果があります」と書く方が、それこそ効果的でしょう。
日本人は数字に踊らされやすいですから。
Commented by Mazoka3 at 2005-12-01 00:55
そうなんですよねー。
広告なんて、だんだん"言うたもん勝ち"みたいになってるのは、どうかと思うのですがねぇ~
Commented by GhostRider at 2005-12-03 13:43 x
エンジンいじる投資金額から考えるとタイヤに投資したほうが15倍の効果とか?  ボンビーな文系理論(ははは)  
Commented by Mazoka3 at 2005-12-05 00:25
ははは、けっこう当たってるかも^^;

そういえば、ニシキヘビの色タイヤ、来ました?^^;
Commented by GhostRider at 2005-12-05 06:01 x
体重を減らしたほうがお金も掛けずxx倍の効果とか>自分(@_@)

ZZRのタイヤはオレンジにしました(^o^)丿  一ヶ月経ってもアメリカから届かない(;_;) 実はホイールはすでに入手済みなんで、タイヤ待ちです。
Commented by Mazoka3 at 2005-12-05 07:38
すごいな、オレンジのタイヤ^^;
きっとカラータイヤのMTBとかより目立ちますね!
早く届くといいのにね
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