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

エッセイ

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。

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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

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