自転車のスプロケットに関して

質問

すみません。自転車に乗ってて非常に疑問に思っていることがあるので
この場をお借りしてお聞きいたします。

後輪のギア小さい-->ペダルが重い-->しかし、すいすい進む
後輪のギア大きい-->ペダルが軽い-->しかし、進まない

これら
後輪のギアが小さい＝ペダルが重い＝進みやすい
の関係がどうも理解できず悩んでおります。
小さいほうがペダルをこぎやすい気がするけど
実際は違うんですよね…

不思議だなぁ。

どなたかお助けいただけますか。よろしくお願いします。

回答No.2

BERSERGA

うーん、なんと説明すればいいのか、少し迷いますが・・・
たとえば、ある変速つき自転車で、前のギアが歯数48Tだったとします。
で、後のギアを、歯数24Tと12Tにした時を比べてみます。
24Tの時は、前のギアの半分ですから、クランクを１回転させると後輪は２回転します。
（この状態をギア比2.00と言います）
12Tの時は1/4ですから、クランク１回転で後輪が４回転します。
（こっちはギア比4.00です）
つまり、リア24Tの時は、リア12Tの時の２倍の回転数を回さないと同じ距離が進めないことになります。
ここまではいいですよね？

ここでちょっと物理学の話になります。
ある物体を動かすためには力が必要です。
力の単位はいろいろありますが、ここではなじみやすい「馬力」で行きましょう。
馬力とは、仕事量を表します。
「７５ｋｇの物体を１秒間に１ｍ動かせる力（仕事率）」が１馬力です。
数値で書くと75kgf・m/sとなります。
（厳密な事を言うと、これはメートル法の仏馬力(PS)で、ヤードポンド法の英馬力(HP)は約76.04kgf・m/sです）
馬力の算出方法は、自動車のエンジンなどはトルク（回転力：kgf-m）×回転数（rpm）×0.001396で算出されます。
7000rpmで回っているエンジンが20kgf-mのトルクを出していれば、20X7000X0.001396=195.44馬力出ていることになります。
自転車も同様に計算できます。
たとえば4kgf-mの力で120rpmの回転数でペダルをこいでいれば、およそ0.67馬力になります。
つまり、自転車における馬力は、ペダルを踏む力×ペダル回転数です。

さて、自転車が前に進むためには馬力が必要です。
同じ人間が同じ自転車に乗って同じ道を同じスピードで走る時に必要な馬力は当然同じです。
（風や気温、タイヤ空気圧などの条件も同じとします）
さきほどの自転車で、リア24Tとリア12Tで走った時を比較しましょう。
必要な馬力は同じなのですから、リア24Tで走っている時は、ペダルの回転数が２倍必要になる分、ペダルを踏む力は半分で済むわけです。
（a X b = cなら、1/2a X 2b = cですよね）
リア12Tはその逆、ペダルを踏む力が２倍で、ペダルの回転数が半分になります。
でも、どっちでもトータルで必要な力は同じです。

では今度は、前ギアを変速してみましょう。
この自転車がマウンテンバイクで、前3枚のギアがあり、48-36-24Tだったとします。
フロント36Tだと、リア24Tではクランク１回転で後輪１回転半、リア12Tでは３回転になります。
（それぞれギア比1.50、3.00ですね）
つまり、いずれもフロント48Tの時の3/4の回転数になります。
これで同じスピードで走ろうと思えば、踏む力は3/4倍、かわりに回転数が4/3倍となります。
前48T-後24Tと前36T-後12Tの比較では、ギア比2.00と3.00なので、48-24Tに対して36-12Tは踏む力が1.5倍、回転数が2/3倍ですね。
ではさらに前ギアを落として24Tにしましょう。
リア24Tでは、ギア比1.00で後輪１回転、リア12Tはギア比2.00で後輪２回転です。
さて、前48T-後24Tも、同じギア比2.00でした。
前36Tの時に、後18Tがあれば、これもギア比2.00です。
前24T-後12Tもギア比2.00です。
この３つのギアで走った時、ペダルをこぐ力は変わるでしょうか？
変わりませんね。
（あくまで理論上は、ですよ）

これでわかってもらえるでしょうかね・・・