Определение: Взвешенная на Земле накаченная шина всегда тяжелее такой же «пустой» (спущенной до атмосферного давления), поскольку в неё добавляется масса сжатого воздуха; разница в массе равна массе дополнительно закачанного газа.
Ключ к ответу прост: когда вы накачиваете шину 🛞, внутрь попадает дополнительный воздух. Этот воздух имеет массу, и именно он делает накаченную шину тяжелее. «Пустая» шина не вакуумная — в ней уже есть воздух при атмосферном давлении, поэтому сравнивают не «есть масса/нет массы», а «сколько воздуха внутри сверх атмосферы».
Численно разница массы определяется формулой идеального газа: Δm = (p_изб * V) / (R * T), где p_изб — избыточное (манометрическое) давление в паскалях, V — внутренний объём полости шины в м³, R — удельная газовая постоянная (для воздуха 287 Дж/(кг·К)), T — температура в К. Пока шина герметична и температура одинакова, именно p_изб и V устанавливают, насколько больше она весит.
| Тип колеса | Эмодзи | Оценочный объём V, л | Типичное давление, бар (изб.) | Прирост массы воздуха, г | Комментарий |
|---|---|---|---|---|---|
| Велосипед (шоссейный) | 🚲 | 3 | 4.0 | ≈14 г | Мало объёма — малый прирост |
| Городской велосипед | 🚲 | 5 | 3.0 | ≈18 г | Чуть тяжелее из-за большего V |
| Легковой автомобиль (R16) | 🚗 | 30 | 2.2 | ≈80 г | Наиболее типичный случай |
| Кроссовер/SUV | 🚙 | 60 | 2.4 | ≈170 г | Больше объём — заметнее эффект |
| Мотоцикл (заднее) | 🏍️ | 12 | 2.5 | ≈43 г | Сильно зависит от размера |
| Грузовик | 🚚 | 120 | 8.0 | ≈1.14 кг | Большие колёса — сотни граммов и более |
| Тачка/садовая тележка | 🛠️ | 3 | 2.0 | ≈7 г | Практически неощутимо |
Оценки выше даны при температуре около 20–21°C (293 К). Для перевода: 1 бар = 100 000 Па, 1 л = 0,001 м³.
Нередко спрашивают о «выталкивающей силе воздуха» (архимедова сила) и о том, не скомпенсирует ли её часть прироста. Реально внешние габариты шины меняются при накачке незначительно, поэтому прибавка выталкивающей силы в пределах граммов на литр прироста внешнего объёма. На фоне десятков и сотен граммов добавленного воздуха это мизер. Следовательно, итог остаётся прежним: накаченная шина тяжелее.
- Ключевой фактор — масса добавленного газа; материал шины и диска не меняется при накачке.
- Манометр показывает избыточное давление: если он показывает 2,2 бар, абсолютное давление внутри примерно 3,2 бар (с учётом ~1 бар атмосферы).
- После накачки воздух нагревается 💨, при остывании давление падает, но масса остаётся той же, пока газ не стравлен.
Частные случаи и тонкости, актуальные в 2025 году:
- Азот vs воздух. При закачке азотом N₂ при одинаковом давлении и объёме масса прибавляется практически такая же, как у воздуха (молярная масса близка; различия в пределах процентов). «Легче» колёса от азота не становятся.
- Гелий. Теоретически можно качать He, и тогда при том же давлении масса добавленного газа будет примерно в 7 раз меньше (у гелия R≈2077 Дж/(кг·К)). Но гелий диффундирует быстрее и в шинах почти не применяется.
- Бескамерные vs камерные. Концептуально одинаково: при накачке вы вводите дополнительный газ — масса растёт. Соотношения аналогичны при равных V и p.
- Высота над уровнем моря. На больших высотах атмосферное давление ниже, поэтому «2,2 бар на манометре» означает то же избыточное давление, но абсолютное будет меньше. Разница масс определяется именно p_изб, потому прогноз по формуле остаётся корректным. Вес, измеренный весами, меняется ничтожно из‑за изменений плотности окружающего воздуха и гравитации.
- Вода/конденсат. Если вместе с воздухом в шине оказывается влага, масса возрастёт дополнительно. В автоспорте используют осушенный воздух/азот именно для стабильности массы и давления.
Практический расчёт у себя дома ⚖️:
- Оцените объём шины V. Для легкового колеса обычно 25–35 л, для SUV 50–80 л, для грузового 100–150 л.
- Возьмите избыточное давление p_изб из манометра (в барах) и переведите в паскали: p_изб(Па) = p_изб(бар) × 100 000.
- Положите T ≈ 293 К (20°C), R = 287 Дж/(кг·К) для воздуха.
- Посчитайте: Δm(кг) = p_изб × V / (R × T). Например, V = 0,03 м³ и p_изб = 220 000 Па → Δm ≈ 0,078 кг (78 г).
Мифы и их разбор:
- «Спущенная шина тяжелее, потому что больше контактное пятно». Контактное пятно влияет на распределение нагрузки, но не на массу; масса — это количество вещества внутри. Накаченная шина тяжелее.
- «Вес компенсируется плавучестью в воздухе». Изменение выталкивающей силы слишком мало, чтобы компенсировать десятки граммов добавленного воздуха.
- «Вес растёт из‑за растяжения резины». Растяжение не добавляет вещества; важно лишь количество газа в объёме.
Зачем это знание нужно в реальности в 2025 году:
— В автоспорте и велоспорте несколько десятков граммов на колесе учитывают при регламентной массе техники. При переходе на другой размер шин или изменении давления, масса комплекта может измениться на сотни граммов суммарно.
— При логистическом учёте грузового транспорта разница массы на ось может достигать килограмма и более при высоких давлениях и больших объёмах, что важно при точном взвешивании.
FAQ по смежным вопросам
Q: Делает ли более высокое давление колёса «экономичнее» из‑за меньшего сопротивления качению, несмотря на рост массы?
A: Да, в разумных пределах повышение давления снижает сопротивление качению и часто даёт меньший расход топлива/энергии, чем микроскопическое влияние прибавки массы в десятки граммов. Но выход за пределы, заданные производителем, ухудшает сцепление, износ и комфорт.
Q: Если спустить шину до нуля, станет ли она легче, чем «атмосферная»?
A: В типичных условиях «ноль на манометре» означает давление, равное атмосферному. Легче, чем атмосферная, шина не станет, пока вы не создадите внутри вакуум, а это практически не встречается в эксплуатации.
Q: Взвешивание колеса отдельно от автомобиля точнее покажет разницу?
A: Да. Снимите колесо и взвесьте его до и после накачки на одних и тех же весах, дав шине остыть до одинаковой температуры. Разница и будет Δm добавленного газа.
Q: Почему после езды давление выше, а масса не меняется?
A: При нагреве растёт температура T, и при неизменной массе m и объёме V растёт давление p (pV = mRT). После остывания давление вернётся ближе к исходному без стравливания, масса остаётся прежней.
Q: Влияет ли выбор газа (воздух/азот) на измеряемый вес автомобиля на весах ГИБДД/дорожных служб?
A: Нет заметно. При одинаковом давлении и объёме разница массы между воздухом и азотом слишком мала, чтобы отразиться на дорожных весах; куда важнее загрузка и топливо в баках.
Q: Имеет ли смысл стравливать воздух для облегчения велосипеда на гонке?
A: Нет. Потеря 10–20 г не стоит ухудшения эффективности и повышенного риска пробоя. Оптимальное давление подбирают под покрытие, вес райдера и ширину покрышки, а не для «экономии граммов» газа.
