Почему резина не «отпружинивает» обратно
Резина — вязкоупругий материал: она одновременно ведёт себя как упругая пружина и как вязкое вещество. При сжатии и восстановлении её внутренние структуры перестраиваются не мгновенно. Поэтому путь нагрузки вверх и обратно не совпадает: для восстановления формы материал отдаёт меньше энергии, чем получил при сжатии. Разница рассеивается главным образом в виде тепла. Это явление называют гистерезисом.
Потери повторяются с каждым оборотом
Колесо катится, и участок шины под нагрузкой снова и снова проходит один и тот же цикл: входит в пятно контакта с дорогой, сплющивается, а затем выходит из него и принимает округлую форму. На каждый такой цикл требуется энергия. Двигатель восполняет её, иначе автомобиль постепенно замедлялся бы даже на ровной дороге без заметного подъёма.
Эти потери называют сопротивлением качению. Они не возникают потому, что шина постоянно скользит по асфальту: при обычном качении точка контакта почти не скользит. Основная причина — многократная деформация самой шины и внутреннее рассеивание энергии в резине.
Компромисс между экономичностью и сцеплением
Состав резины и устройство шины влияют на то, сколько энергии теряется при каждом цикле. Поэтому шины с низким сопротивлением качению помогают уменьшить расход энергии, но конструкторам приходится учитывать и другие требования — например, сцепление с дорогой и управляемость. Уменьшить потери, не затронув остальные свойства, непросто.
Так что тепло в шине — не случайный побочный эффект, а след от работы, которую двигатель выполняет при каждом обороте колеса. Даже когда автомобиль едет по ровному участку, часть топлива уходит на то, чтобы резина снова и снова меняла форму и восстанавливалась.
