東大生が語る！自転車の効率はどのくらいか？　おもしろい楽しい！自転車の科学的考察

自転車の効率って、考えたことありますか？

私は、歩くのが好きです。

走るともっと速く移動できます。

でも、

自転車なら…

もっと遠くへ行けて、

もっと早く着けて、

もっと長い時間走れます。

最高だと思いませんか？

実は、人間が自分の力で移動する場合、

もっとも効率がいいのは自転車なんです。

歩くよりずっと効率がいい

• 歩行のエネルギー効率は65％
• 自転車は98.6％

これを聞いてどう思いますか？

歩くのって、そんなに効率が悪い動作なのか…。

なんだか、虚しくなってきますよね？

いやでも、私は歩くのも大好きなのでそうは思いません。

自転車も歩きも両方好きですよ！

さて、話題が逸れましたが、先ほども述べたように

人間が歩く場合、3分の1のエネルギーが無駄になると言われています。

一方、自転車の場合だと、ペダルを踏むエネルギーのうち最大98.6％がタイヤを回転させるエネルギーに変換されると言われています。

この差はなんなのでしょう？

歩くという動作を詳しく眺めてみましょう。

• 一歩ごとに着地した足の膝が曲がって伸びます
• 同時に体全体が上下動します
• さらに同時に腕が前後に振られます
• 前へ出した足の動きは地面にエネルギーを吸収されて一瞬止まります

この繰り返しなんですね。

前進するためにいろんな動作が加わり、それがエネルギーを消耗しているのです。

自転車と歩く速さはどれだけ違うのか？

• 平均的な歩く速さは時速5km
• ママチャリの速さは時速15km

このように言われています。３倍も差が開いていますね。

なぜでしょう？

これについてもきちんと研究されています。

それによると、

同じ力を費やした場合、自転車は歩行者の３倍の速度で移動できるということです。

うむ。

計算がぴったりと合っていて納得です。

ちなみに、

歩くときは安静時の６倍以上の代謝エネルギーを使っているらしいです。

また、

ランニングは自転車の４倍のエネルギーを消費するらしいです。

自転車が徒歩より３倍速い２つの理由

でも、

どうして、自転車が３倍速いのでしょうか？

• 自転車の形
• テコの原理

この２つが重要になってきます。

順番に見ていきましょう。

まず、自転車の形。

自転車はライダーが効率よく体を動かせる形をしています。

例えば、ママチャリは楽な姿勢でいられるように座る・前を見るといった姿勢を重視していますね。

対して、

ロードバイクは、空気抵抗を小さくする・力を効率的に自転車に加えるということに重点を置いています。

次に、テコの原理。

どこに働いていると思いますか？

ヒント：自転車の移動距離と足の移動距離は異なる。

そうです。

ペダルとギア、ホイールの組み合わせがいい仕事をしてくれています。

ペダルをほんのちょっと回しただけで、ぐいぐい進んでくれます。

まとめ

いかがでしたでしょうか？

自転車に乗るのがますます楽しくなってきませんか？

参考文献

『cycling science』Max Glaskin