自転車に乗るとエネルギーが節約されないのに、なぜ歩くよりも労力がかからないのでしょうか?

歩くのと自転車に乗るのではどちらが楽でしょうか?もちろん、自転車に乗ることでなければ、自転車の存在価値はありません。

自転車は単純な交通手段であり、その構造も複雑ではありませんが、多くの物理学の原理が関わっています。レバーは労力を節約するレバーと労力がかかるレバーに分けられることは誰もが知っていますが、自転車は典型的な労力がかかるレバーです。ただし、「努力レバー」という名前に惑わされないでください。努力レバーは、本当に面倒なことを意味するものではありません。いわゆる努力レバーとは、レバーバランスの条件下で、力が抵抗よりも大きく、パワーアームが抵抗アームよりも小さいことを意味します。パワーアームで乗じたパワーは、抵抗アームで乗じた抵抗に等しいため、フォースレバーはより多くの労力を必要とするように見えますが、実際には距離を節約し、最終的には労力を節約します。具体的には、自転車の場合、駆動輪が従動輪よりも大きく、つまり、ペダルのチェーンリングが後輪のフライホイールよりも大きくなっており、速度の増加を実現しています。

自転車という労働集約的な手段の助けを借りれば、同じ時間でより長い距離を移動することができ、労力を節約できます。しかし、自転車の労力節約のメリットはこれだけに限りません。距離を無視して時間だけを考えても、自転車に乗るほうが歩くよりも労力がかかりません。つまり、同じ時間で 1 時間歩くのは、自転車に 1 時間乗るよりも疲れます。これはなぜでしょうか?

これは実際にはかなり不可解なことです。なぜなら、どのマシンも「電力を節約」することは不可能であり、より多くの電力を浪費することしかできないからです。自転車も例外ではありません。自転車は電力を節約できないので、同じ時間であれば、自転車に乗ることは歩くことより労力が少なくなるわけではありません。明らかに、理論的な結果は実際の状況と一致しておらず、いくつかの問題が見落とされていることがわかります。

マクロ的な視点で見ると、歩くことは自転車に乗ることよりもエネルギーをあまり必要としませんが、人間の体自体も、目に見えないところで機能する機械です。

仕事とは、エネルギーをある形から別の形に変換するプロセスであり、物体を力の方向に動かすことを必要とします。仕事の定義からすると、バケツの水を2階まで運ぶのは仕事ですが、バケツの水を2キロメートル運ぶのは仕事ではありません。バケットを持ち上げる際の力は上向きなので、前者は力の方向に距離を移動しますが、後者は移動しません。この結論は間違ってはいませんが、マクロな視点に基づいています。実際、バケツの水を運んで前に歩くことは何の仕事でもありませんが、それでも非常に疲れます。なぜ？なぜなら、私たちは表面では何も働いていないかもしれませんが、体内の筋肉は実際には常に働いているからです。

バケツを持ち上げるには、人間の腕の中の細いフィラメントが太いフィラメントの上を絶えず滑っています。この滑走は細いフィラメントの上にある「クロスブリッジ」によって駆動されるため、表面的には人は仕事をしていませんが、実際には人体の中の「クロスブリッジ」は常に仕事をしています。

人はどんな姿勢を維持するためにも体の筋肉に頼る必要があります。姿勢が異なれば、動く筋肉も異なります。私たちは歩くときは立ち、自転車に乗るときは座ります。当然のことながら、立つことは座ることよりも多くの筋肉を動かす必要があるため、立つことは座ることよりも労力がかかり、歩くことは当然自転車に乗ることよりも労力がかかります。姿勢によって余分なエネルギーが浪費されるだけでなく、歩くときには重力と戦うために余分なエネルギーも消費します。まっすぐな道を走るときは、自転車は常に前進しており、重力の反対方向、つまり上向きに動いているわけではないので、重力に逆らう必要はありませんが、歩く場合は異なります。

人が足を揃えて直立すると、垂直の高さが最も高くなり、重心も最も高くなります。

人が足を広げて前進すると垂直の高さが下がり、重心も下がります。歩くということは、本質的には、足を揃えた状態から離れて歩き、そして再び足を揃えて歩くという動作です。この過程において、人体の重心は上下に動き続けます。重心が下から上に移動すると、人は重力を克服するために努力しなければならず、余分な労力が必要になります。これが、歩くことが自転車に乗ることよりも大変である理由の一つです。それだけですか？もちろん違います。歩くことが自転車に乗ることより疲れる理由は3つあります。

自転車に乗ると一定の速度で移動できますが、歩くことはできません。

マクロ的な視点から見ると、歩行は確かに均一な動きですが、歩行プロセスを分解すると違ったものになります。私たちが歩くたびに、速度の変化が起こります。足が地面に着地して蹴り出す瞬間に、速度は最も速くなります。その後、もう一方の足が地面に着地して蹴り出すまで速度は低下し、その後再び加速します。したがって、表面的には歩行は均一な動きのように見えますが、実際には加速された動きであり、繰り返し加速された動きです。物体を加速するにはより多くのエネルギーが必要であることは誰もが知っているので、歩くには当然より多くの労力が必要です。今では、自転車に乗ることはエネルギーを節約しないが、歩くことは他のことに多くの余分なエネルギーを費やす必要があるため、より大変であることがわかる。

詳細については、公式アカウントをフォローしてください：sunmonarch