Lốp xe có rãnh để làm gì: độ bám đường, trượt nước và hơi lốp xe đạp

Rãnh trên lốp xe có việc chính là thoát nước: khi đường ướt, rãnh dẫn nước ra khỏi chỗ lốp chạm đường để cao su vẫn ép được sát mặt đường. Độ bám của lốp không đến từ rãnh, mà từ phần cao su chạm đất và từ việc lốp bị ép xuống mạnh hay nhẹ. Hiểu điều này, em sẽ hiểu vì sao lốp xe đua trên đường khô lại trơn láng, còn lốp xe đạp leo núi thì đầy gai.

Bánh xe: một phát minh không có sẵn trong tự nhiên

Gần như mọi phát minh lớn của loài người đều có "bản mẫu" trong tự nhiên: cánh chim cho máy bay, vây cá cho mái chèo. Bánh xe quay quanh trục thì gần như không. Các nhà khảo cổ cho rằng xe có bánh xuất hiện khoảng 5.500 năm trước, ở vùng Lưỡng Hà và một số vùng lân cận châu Âu – châu Á; ngày tháng chính xác và nơi đầu tiên vẫn còn được tranh luận. Bánh xe thời đó là đĩa gỗ đặc, nặng nề. Bánh có nan nhẹ hơn ra đời muộn hơn nhiều, dùng cho xe ngựa kéo.

Bánh xe làm được điều kỳ diệu là biến việc kéo lê thành lăn. Kéo một thùng hàng trên mặt đất, toàn bộ đáy thùng cọ xát với đất. Đặt thùng lên bánh, chỉ còn một mẩu nhỏ của bánh chạm đất, và mẩu đó không trượt mà "đặt xuống rồi nhấc lên" liên tục. Sức cản lăn nhỏ hơn sức cản trượt rất nhiều lần.

Lốp hơi: chiếc gối khí dưới bánh xe

Năm 1888, ông John Boyd Dunlop, một bác sĩ thú y người Scotland sống ở Belfast, làm một chiếc lốp có ruột bơm hơi cho xe ba bánh của con trai, để cậu bé đi êm hơn trên đường đá. Trước đó cũng đã có người đăng ký phát minh ý tưởng tương tự, nhưng lốp của Dunlop là chiếc được đem ra sản xuất và lan rộng, đúng lúc phong trào xe đạp bùng nổ.

Lốp hơi làm hai việc cùng lúc. Nó êm, vì không khí bên trong bị nén lại khi bánh cán qua viên sỏi rồi bung ra. Và nó bám, vì lốp mềm hơi bẹp xuống ở chỗ chạm đất, ôm lấy những gồ ghề nhỏ li ti trên mặt đường.

Độ bám đến từ đâu

Độ bám giữa lốp và đường là một dạng ma sát. Có hai điều quyết định nó:

1. Lốp bị ép xuống đường mạnh đến đâu. Xe nặng hơn ép lốp xuống mạnh hơn, lực ma sát tối đa lớn hơn. Nhưng xe nặng cũng cần nhiều lực hơn để rẽ và dừng, nên nặng lên không tự nhiên làm xe bám tốt hơn.
2. Cao su và mặt đường "ăn" nhau tốt đến đâu. Cao su mềm luồn vào những chỗ lồi lõm nhỏ của mặt đường, đồng thời tạo những liên kết rất yếu với bề mặt. Cao su mềm và ấm thường bám tốt hơn cao su cứng và lạnh. Đường khô, nhám bám tốt hơn đường ướt, có dầu, có cát.

Phần lốp thật sự chạm đường gọi là vết tiếp xúc. Với một chiếc xe đạp, vết tiếp xúc của mỗi bánh chỉ cỡ đầu ngón tay cái đến một con tem. Với ô tô con, mỗi bánh cỡ một bàn tay người lớn. Toàn bộ việc tăng tốc, phanh, rẽ của chiếc xe dựa vào mấy mẩu cao su nhỏ ấy. Nghĩ đến điều này là hiểu vì sao lốp mòn, lốp non hơi, đường trơn lại nguy hiểm đến vậy.

Vì sao lốp xe đua đường khô lại trơn láng

Trên đường khô, rãnh lốp không có việc gì để làm. Hơn nữa, mỗi rãnh là một khoảng trống không có cao su, nên vết tiếp xúc bị thu hẹp lại. Vì thế, nhiều loại xe đua dùng lốp trơn khi đường khô: bề mặt láng, không rãnh, để có nhiều cao su chạm đường nhất. Khi trời mưa, đội đua đổi sang lốp có rãnh.

Đường ướt nguy hiểm vì một hiện tượng gọi là trượt nước. Khi xe chạy nhanh qua vũng nước, lốp không kịp đẩy nước ra hai bên. Một lớp nước mỏng chen vào giữa lốp và mặt đường, xe như đi trên tấm nước, tay lái và phanh gần như mất tác dụng. Rãnh lốp là "đường cống" dẫn nước thoát ra. Lốp mòn hết rãnh thì đường cống bị lấp, xe dễ trượt nước hơn nhiều. Đó là lý do lốp ô tô có vạch chỉ báo mòn nằm dưới đáy rãnh: khi mặt lốp mòn xuống ngang vạch đó, đã đến lúc thay.

Mỗi loại lốp một việc

Loại lốp	Hình dạng mặt lốp	Hợp với
Lốp xe đạp đua đường trường	Hẹp, gần như trơn, bơm rất căng	Đường nhựa phẳng, cần lăn nhẹ
Lốp xe đạp địa hình	To bản, gai núm cao, bơm vừa	Đất, sỏi, bùn — gai cắm vào đất mềm
Lốp xe đạp đi học, đi phố	Rãnh vừa phải, bản trung bình	Đường nhựa lẫn đường xấu, trời nắng lẫn mưa
Lốp ô tô con	Nhiều rãnh dọc và rãnh chéo	Thoát nước, êm, bền
Lốp xe đua đường khô	Trơn láng hoàn toàn	Trường đua khô, chỉ dùng trên trường đua

Trên đất mềm và bùn, mọi thứ đảo ngược: gai lốp cắm vào đất như bàn chân có móng, đẩy được vào khối đất. Lốp trơn ở đây sẽ quay tại chỗ.

Hơi lốp: non quá hay căng quá đều không tốt

Lốp xe đạp của em có ghi áp suất nên bơm trên thành lốp, thường là một khoảng, theo đơn vị psi hoặc bar. Bơm đúng khoảng đó là việc rất đáng làm.

• Lốp non hơi: bẹp nhiều ở chỗ chạm đất, mỗi vòng quay cao su bị bóp và bung ra nhiều hơn, mất năng lượng thành nhiệt. Em sẽ thấy đạp nặng hẳn. Lốp non cũng dễ bị kẹp ruột khi xe cán qua ổ gà, gây thủng kiểu "hai lỗ cạnh nhau" như vết rắn cắn.
• Lốp căng quá: lăn nhẹ trên đường phẳng nhưng xóc, vết tiếp xúc nhỏ lại nên bám kém hơn, nhất là khi đường ướt hoặc có sỏi.

Một mẹo nhỏ: lốp mất hơi dần dần qua thành cao su dù không thủng. Kiểm tra hơi lốp xe đạp mỗi tuần một lần bằng cách bóp mạnh lốp bằng ngón cái, hoặc tốt hơn là dùng bơm có đồng hồ.

Thử làm: đo độ bám bằng một chiếc hộp và dây chun

Thí nghiệm này cho em thấy ma sát thay đổi theo bề mặt và theo khối lượng, như lốp xe thật.

1. Lấy một hộp bìa nhỏ hoặc hộp nhựa đựng đồ ăn. Dán một miếng cao su dưới đáy hộp (miếng cắt từ găng tay cao su, tấm lót chuột cũ hoặc săm xe đạp hỏng).
2. Buộc một sợi dây chun vào đầu hộp. Đặt một thước kẻ cạnh sợi chun.
3. Kéo đầu dây chun thật chậm. Ghi lại sợi chun giãn bao nhiêu xăng-ti-mét ngay trước lúc hộp bắt đầu trượt. Chun giãn càng dài, ma sát càng lớn.
4. Lặp lại trên các bề mặt: sàn gạch khô, sàn gạch lau ướt, tấm gỗ, giấy nhám, mặt bàn có rắc chút bột mì.
5. Bỏ thêm sách hoặc đồng xu vào hộp và đo lại trên cùng một bề mặt.
6. Thay miếng cao su bằng miếng cao su có khía rãnh (người lớn dùng kéo cắt rãnh), thử trên sàn khô và sàn ướt.

Em sẽ thấy: thêm khối lượng làm ma sát tăng; mặt ướt và có bột làm ma sát giảm rõ; miếng cao su có rãnh có thể làm tốt hơn miếng trơn trên mặt ướt có nhiều nước, nhưng không hơn trên mặt khô. Lau sạch sàn ngay sau khi thử để không ai trượt ngã.

Điều nên nhớ khi đi xe đạp

Khi trời mưa, lốp xe đạp bám đường kém đi, quãng phanh dài hơn, và vạch sơn kẻ đường, nắp cống bằng kim loại trở nên rất trơn. Hãy đi chậm hơn, phanh sớm hơn và nhẹ nhàng hơn, tránh vừa phanh gấp vừa bẻ lái. Lốp mòn trơn, nứt chân chim ở thành lốp, phồng một chỗ là lúc nhờ bố mẹ đưa xe đi thay.

Câu hỏi thường gặp

Rãnh trên lốp xe dùng để làm gì?

Rãnh lốp chủ yếu để thoát nước khi đường ướt, giúp cao su vẫn chạm được mặt đường thay vì trượt trên một lớp nước. Trên đất mềm, gai lốp còn cắm vào đất để đẩy xe đi. Trên đường khô, rãnh gần như không làm tăng độ bám.

Vì sao lốp xe đua không có gai?

Trên đường khô, lốp trơn có nhiều cao su chạm mặt đường hơn nên bám tốt hơn lốp có rãnh. Khi trời mưa, các đội đua đổi sang lốp có rãnh để thoát nước. Lốp trơn chỉ dùng trên trường đua, không hợp với xe đi đường.

Trượt nước là gì?

Trượt nước xảy ra khi xe chạy nhanh qua chỗ đọng nước, lốp không kịp đẩy nước ra, một lớp nước chen vào giữa lốp và đường. Xe khi đó gần như mất lái và mất phanh. Lốp mòn và chạy nhanh trên đường ngập làm nguy cơ này tăng lên.

Lốp xe đạp non hơi thì sao?

Lốp non hơi làm đạp nặng vì cao su bị bóp nhiều, mất năng lượng thành nhiệt, và dễ thủng ruột khi cán qua ổ gà. Nên bơm theo áp suất ghi trên thành lốp và kiểm tra hơi mỗi tuần.

Ai phát minh ra lốp hơi?

Lốp hơi được biết đến rộng rãi nhờ John Boyd Dunlop, người làm chiếc lốp bơm hơi cho xe ba bánh của con trai ở Belfast năm 1888. Trước đó đã có người đăng ký ý tưởng tương tự, nhưng lốp của Dunlop mới là loại được sản xuất và phổ biến cùng làn sóng xe đạp.