При движении колеса по ровной твёрдой поверхности возникает сила трения качения, модуль которой определяется по закону Кулона: Fk= (?kN)/r, где r- радиус, ?k- коэффициент трения качения, N= mg- сила нормального давления.
Эксперименты показывают, что коэффициент трения качения не есть постоянная величина, а зависящая от ряда параметров, в том числе скорости движения. Например, велосипедист понижает скорость от 20,7 км/ч до 18,8 км/ч за 3,81 с, а от 11,8 км/ч до 9,0 км/ч за 7,8 с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, при радиусе колеса 0,34 м коэффициент трения качения ?k= (v1-v2)r/gt в первом случае равен 4,81·10-3 м, во втором- 3,46·10-3 м.
Рассматривается пружинная модель колеса (воздух в шине представляется как набор расположенных в радиальном направлении пружин числом nr, n- количество пружин на единичном радиусе). Коэффициент трения качения будет определяться ?k= Anr/2?N= Anr/2?mg (?=3,14, g=9,81 м/с2). Работа деформации одной пружины A складывается из работы по статическому прогибу kx2/2 (k- коэффициент упругости, k= mg/x) и дополнительному прогибу, связанному с движением колеса mv2x2n2/8?2 (часть кинетической энергии колеса, определяемая проекцией скорости на вертикальную ось, затрачиватся на дополнительную деформацию пружины). Получается, что значение коэффициента трения качения можно определить по формуле ?k= (1+ xv2n2/4g?2)·(nrx/4?), он зависит от скорости движения v, статического прогиба x, радиуса колеса r. Число пружин на единицу радиуса для велосипедного колеса может быть ориентировочно взято n= 100 1/м.
Примем, что передняя шина прогибается на 0,8 мм, задняя- на 1,2 мм; коэффициент трения качения на скорости 10 км/ч для переднего колеса- 2,51·10-3 м, заднего- 4,02·10-3 м, 20 км/ч- соответственно, 3,55·10-3 м и 6,04·10-3 м. Средние значения коэффициента трения качения при скорости 10 км/ч- 3,27·10-3 м, 20 км/ч- 4,79·10-3 м.
Для уменьшения силы трения качения необходимо при прочих других равных условиях сокращать статический прогиб путём увеличения давления и применением более узких шин, повышая жёсткость воздуха в них за счёт уменьшения его высоты.