같은 노력으로 페달을 돌려도 어떤 날은 빠르고 어떤 날은 느립니다. 바람이나 노면 탓도 있지만 타이어의 롤링 저항 때문일 수도 있습니다. 롤링 저항은 자전거 주행의 핵심 개념인데 많은 라이더가 정확히 이해하지 못합니다.
롤링 저항의 정의
롤링 저항(Rolling Resistance)은 타이어가 노면 위를 굴러갈 때 발생하는 에너지 손실입니다. 단위는 와트(W)로 표현됩니다. 예를 들어 특정 속도에서 타이어 하나당 10W의 롤링 저항이 발생한다면, 그만큼의 추가 동력이 필요하다는 의미입니다.
롤링 저항은 공기 저항과 함께 자전거 주행의 두 가지 주요 저항입니다. 시속 30km 이상에서는 공기 저항이 지배적이지만, 시속 20km 이하에서는 롤링 저항의 비중이 더 커집니다. 즉 생활 라이딩에서는 롤링 저항이 속도에 미치는 영향이 더 크다는 뜻입니다.
롤링 저항 발생 원리
타이어가 노면에 닿으면 접지 부위가 눌립니다. 이 눌림 현상을 '히스테리시스 변형'이라고 합니다. 타이어가 회전하면서 새로운 부위가 닿고 기존 부위는 원래 형태로 돌아갑니다.
여기서 에너지 손실이 발생합니다. 고무가 변형됐다가 돌아가는 과정에서 열로 변환되는 에너지가 바로 롤링 저항의 원인입니다. 이상적인 '완전 탄성 물체'라면 롤링 저항이 0이겠지만, 실제 타이어는 고무 특성상 완전 탄성이 아닙니다.
롤링 저항에 영향을 주는 요인
타이어 컴파운드
고무 자체의 특성이 가장 큰 영향을 줍니다. 고탄성 고무는 변형 후 빠르게 회복되어 에너지 손실이 적고, 히스테리시스가 큰 고무는 변형 회복이 느려 에너지 손실이 큽니다.
부드러운 컴파운드는 접지력은 좋지만 롤링 저항이 큽니다. 딱딱한 컴파운드는 롤링 저항이 낮지만 접지력이 떨어집니다. 제조사는 이 둘의 균형을 맞추는 컴파운드 개발에 많은 투자를 합니다.
타이어 케이싱
케이싱은 타이어의 뼈대입니다. 얇고 유연한 케이싱일수록 롤링 저항이 낮습니다. TPI(실 밀도)가 높은 타이어가 일반적으로 롤링 저항이 낮습니다.
TPI 120 이상의 타이어는 TPI 60인 타이어보다 롤링 저항이 약 10~15% 낮습니다. 다만 얇은 케이싱은 내펑크성이 떨어지므로 트레이드오프입니다.
공기압
공기압이 높을수록 롤링 저항이 낮아진다고 생각하기 쉽지만, 최근 연구에 따르면 이 관계는 더 복잡합니다.
매끄러운 노면에서는 높은 공기압이 롤링 저항을 줄입니다. 그러나 거친 노면에서는 지나치게 높은 공기압이 오히려 롤링 저항을 증가시킵니다. 타이어가 노면 돌기에 대응해 변형하는 대신 자전거 전체가 위아래로 튀면서 에너지가 소모되기 때문입니다.
이를 '브레이크포인트(Breakpoint)'라고 부릅니다. 적정 공기압을 넘어서면 오히려 성능이 떨어지는 지점입니다.
타이어 폭
같은 공기압 조건에서 더 넓은 타이어가 롤링 저항이 낮습니다. 이는 접지면 형태 때문입니다.
넓은 타이어는 접지 면적이 '짧고 넓은' 형태이고, 좁은 타이어는 '길고 좁은' 형태입니다. 같은 하중을 지지하지만 변형 패턴이 달라 넓은 타이어의 에너지 손실이 적습니다.
이 발견이 프로 레이싱에서 25mm, 28mm, 심지어 30mm 타이어가 선택되는 이유입니다.
노면 상태
매끄러운 아스팔트에서는 롤링 저항이 가장 낮습니다. 거친 아스팔트는 저항이 증가하고 자갈길이나 흙길에서는 급격히 올라갑니다.
롤링 저항 측정 방법
연구실에서는 드럼 테스트를 사용합니다. 회전하는 드럼 위에 타이어를 올리고 일정한 하중을 가해 필요한 동력을 측정합니다.
실사용 환경에서는 롤러 테스트나 현장 테스트가 사용됩니다. 각 타이어 제조사와 독립 리뷰 사이트가 데이터를 공개합니다.
Bicycle Rolling Resistance, Tour Magazine 등의 사이트에서 주요 타이어의 실험 결과를 확인할 수 있습니다.
일반 라이더의 선택
롤링 저항만 보고 타이어를 선택하는 건 위험합니다. 다른 요소들을 종합 고려해야 합니다.
레이싱 위주 라이더. 롤링 저항 중심 + 내펑크성 희생. Continental Grand Prix 5000, Schwalbe Pro One.
혼합 사용 라이더. 적당한 롤링 저항 + 균형 잡힌 내펑크성. Continental Grand Prix Urban, Panaracer Agilest.
통근 라이더. 롤링 저항은 중간, 내펑크성 최우선. Schwalbe Marathon Plus.
롤링 저항 수치는 참고 지표입니다. 본인의 사용 환경과 우선순위에 맞는 타이어를 선택하는 것이 합리적입니다.
글을정리하며..
저는 한동안 내펑크 타이어인 Schwalbe Marathon Plus를 썼는데 어느 날 Continental Grand Prix 5000으로 교체해본 적이 있습니다. 같은 코스에서 평균 속도가 약 1km/h 올라갔습니다. 같은 체력으로 더 빨리 달린다는 건 롤링 저항 차이 때문이었어요. 다만 한 달 만에 펑크가 세 번 났습니다. 성능 타이어는 대가가 있다는 걸 그때 배웠습니다.