Tại sao chúng ta phải bơm đầy không khí vào bánh xe?

Có vài thứ bất tiện, gây phiền nhiễu hay thậm chí nguy hiểm khi một chiếc lốp xe bị xì hơi (hoặc phát nổ). Phần bên ngoài lốp xe được làm bằng cao su, nó chứa đầy không khí bên trong và cũng chẳng khác nào một quả bom hẹn giờ chỉ chờ phát nổ. Tại sao chúng ta không làm lốp xe hoàn toàn bằng cao su? Tại sao chúng ta lại bơm đầy bên trong lớp xe bằng không khí?

Theo Scienceabc thì câu trả lời ngắn gọn là: Một lốp cao su nguyên chất (lốp đặc ruột, không cần bơm hơi) có một số nhược điểm, bao gồm thiếu sự hấp thụ sốc và rất nhanh hao mòn (vẫn cần thay thế sau một thời gian sử dụng).

Lịch sử của lốp xe

Đến năm 1868, lốp cao su đầu tiên với lõi rỗng được phát minh.

Lịch sử của lốp xe không kéo dài như lịch sử của bánh xe nói chung (130 so với 5.500 tuổi). Để đơn giản, chúng ta sẽ tập trung vào lịch sử lốp xe và bắt đầu bằng một lốp cao su rắn. Khi nói đến xe đạp, chúng thường được làm bằng sắt trên bánh xe bằng gỗ nhưng đến năm 1868, lốp cao su đầu tiên với lõi rỗng được phát minh. 20 năm sau, với sự ra đời của ô tô chạy xăng đầu tiên, lốp khí nén đầu tiên được phát minh bởi Benz (nay được biết đến là thương hiệu Mercedes-Benz). Lốp khí nén đầu tiên là một bánh xe kim loại bao phủ trong cao su và chứa đầy không khí. Trước đó, trong toa xe và các loại xe thô sơ khác, các bánh xe được làm bằng kim loại. Vì vậy, phát minh mới này đã thay đổi tất cả cuộc chơi.

Khi cao su tổng hợp được phát minh vào đầu thế kỷ 20, nó được sử dụng cho lốp xe một cách hiệu quả hơn. Và việc phát minh ra các hoa văn (các rãnh với hình dạng khác nhau trên lốp xe) trên bánh xe giúp tăng hệ số ma sát mặt đường, nghĩa là bánh xe sẽ bám đường hơn và việc di chuyển sẽ an toàn hơn.

Bánh xe tiếp tục phát triển với các loại như lốp áp thấp, lốp không săm và lốp radial. Một số loại lốp có thể giúp xe tiếp tục chạy dù bị thủng hay hỗ trợ cho việc phanh hiệu quả hơn. Bây giờ, chúng ta có loại lốp xe thế hệ mới là lốp xe NPT – lốp xe không hơi, mà có thể tái chế và thân thiện với các loại xe. Tuy nhiên, tại sao loại lốp xe bơm đầy không khí bên trong lại trở nên phổ biến trong suốt một thế kỷ qua? Lợi ích của không khí bên trong lốp xe là gì?

Để tìm kiếm một chuyến đi suôn sẻ: cao su kết hợp với không khí

Lốp cao su thổi phồng cũng giúp làm giảm ma sát.

Khi nói đến thiết kế lốp, yếu tố quan trọng nhất là khả năng của không khí được nén và co giãn dễ dàng, không giống như một cái gì đó làm bằng vật liệu rắn. Ví dụ, khi bạn đang lướt trên đường với tốc độ khoảng 96km/giờ thì bất ngờ gặp chướng ngại vật như một tảng đá nhỏ hay một cái hố trên đường thì ngay lập tức lốp cao su sẽ hấp thụ và giúp xe vượt qua với độ sốc nhỏ nhất. Ngược lại nếu là bánh xe đặc ruột (không có không khí bên trong) thì bạn sẽ được một phen sốc, chao đảo khó chịu, thậm chí là gặp tai nạn. Do không khí bên trong giúp lốp xe liên tục co giãn để hấp thụ lực nên hầu như tài xế không có cảm giác gì nhiều với các chướng ngại vật không đáng kể.

Bên cạnh đó, lốp cao su thổi phồng cũng giúp làm giảm ma sát. Đây là lí do tại sao lốp cao su đã được sử dụng trong quá khứ, trước khi xe ô tô có thể chạy với tốc độ cao trên đường. Khi di chuyển trên những đoạn đường bằng phẳng, ít chướng ngại, lốp cao su sẽ ít hư hao hơn so với khi nó liên tục vượt chướng ngại vật với độ ma sát cao. Trên thực tế, hầu hết mọi người thay lốp xe không phải vì thủng lốp mà vì nó đã bị bào mòn theo thời gian nên không còn giữ được độ ma sát cần thiết với mặt đường nữa.

Trong khi đó, với lốp cao su rắn (không có không khí bên trong), chi phí sản xuất sẽ cao hơn và làm cho tổng thể chiếc xe nặng hơn. Thêm vào đó, loại lốp này lại có tác dụng giảm sốc kém hơn lốp có bơm không khí.

Bây giờ, có một số xe được tối ưu hóa bằng cách sử dụng loại lốp xe chuyên dụng, ví dụ: xe đạp núi – lốp áp suất thấp, đua xe đạp – lốp áp suất cao. Chúng ta đã hiểu vì sao cần bơm không khí vào lốp xe rồi chứ? Nhưng bơm loại khí nào là tối ưu nhất?

Lốp xe bơm khí Nitrogen

Lốp chứa đầy ni tơ thay đổi áp suất ít hơn do ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ.

Trong những năm gần đây, lốp xe thường được làm đầy hơi bằng khí Nitơ chứ không còn là không khí bình thường nữa. Những chiếc xe Công thức 1 từ lâu đã sử dụng khí ni tơ trong bánh xe vì một vài lí do: khí ni tơ duy trì áp suất lốp ổn định trong thời gian lâu hơn so với oxy; Hơn nữa, lốp chứa đầy ni tơ thay đổi áp suất ít hơn do ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ. Lốp có khí ni tơ bên trong có xu hướng điều chỉnh để thích ứng với nhiệt độ không khí và độ ẩm.

Nitơ là "khô" và duy trì một áp lực nhất quán hơn trong lốp xe, không phân biệt nơi cuộc đua được tổ chức hoặc độ ẩm tương đối trong ngày đua. Điều này mang đến tính an toàn và ổn định hơn so với trường hợp lốp xe không được bơm bằng khí ni tơ. Nhiều nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu cung cấp các lốp cao su với khí ni tơ bên trong nhưng giá trị thực của ni tơ trong trường hợp này đôi khi đã bị làm cường điệu. Lí do các lái xe, đặc biệt là những tay đua muốn lốp xe bơm khí ni tơ vì họ có khả năng di chuyển vượt qua tốc độ 321 km/h vì vậy bất kỳ sự thay đổi nhỏ nhất trong áp lực hoặc độ nén trong lốp xe có thể dẫn đến nguy hiểm, nếu không muốn nói là rất nguy hiểm.

Đối với người lái xe trung bình, những biến động nhẹ trong độ ẩm và áp suất không khí bên trong lốp xe ảnh hưởng không đáng kể.