普通の坂と階段の坂のしんどさの違い。

質問

物理学的な要素があると思いましたので、こちらのカテゴリーに質問させていただきます。
私は趣味で山歩きをしますが、同程度の勾配の登り坂でも、普通の坂と階段の坂ではしんどさが倍ほど違います。
普通の坂はわりと楽に登れますが、階段を付けられている坂は息が上がって、足の筋肉が悲鳴をあげてきます。

歩幅の違いによるものかと考えていたのですが、どうもそればかりではなさそうです。
階段のほうが足で体重を持ち上げているという感じが強いですし、路面に接するときの足裏の角度が、普通の坂は路面に対して自然な形で接するのに対して、階段の場合は常に水平に接します。
このへんの事情が絡んでいるように思うのですが、どんなものでしょうか？
物理学に詳しい皆様からご意見いただけると有り難いです。
よろしくお願いいたします。

回答No.1

foomufoomu · ベストアンサー

興味深い話ですね。
足の接地面が水平面、傾斜面であることの違いで言えば、水平な場合は、地面の反力が鉛直方向なので進行を妨げる要素がないのに対し、傾斜面では斜面に垂直な方向になるので、後ろに押し返す力が発生し、斜面のほうが前に進みにくくなる理屈です。

なので、「同程度の勾配」というのが思い違いではないかと思います。
階段は、土木基準の渡道橋などに使われるものが、身近なものでは一番勾配がゆるくて、1/2勾配(26.6度)です。（住宅の階段は、昭和初期は45度以上、バブル前ごろは38度ぐらいのものが多かったですが、今は33度ぐらいが多いです。）

一方、斜面で1/2勾配の場合は、自動車なら４輪駆動車がなんとか登れる勾配です(２輪駆動車は18度ぐらいが限界)。また、地面の摩擦係数が0.5必要(あってるかな？)で、普通、土の摩擦係数は0.4～0.45なので、粗面舗装されていないと滑って登れない勾配です。

お礼

早速ご回答くださりありがとうございます。
実はいつも登る山の険しい坂道に最近階段が出来まして、階段がなかった頃１５分くらいで登れたのに、今は３０分近くかかるようになってしまいました。
疲れ方も相当違います。
いつも会う山仲間たちも、「階段が出来てから登るのがしんどい」とみんな口をそろえて言います。

理論上は階段があるほうが楽なのですね。
階段を登ると足の筋肉がパンパンに張って、登りきった頃には足に力が入らなくなってしまうんですが・・・。

回答No.3

foomufoomu

＞実はいつも登る山の険しい坂道に最近階段が出来まして、
おそらく、その階段が適切な段の大きさになっていないのだと思います。
階段は、1段の（高さ＋水平長さ）が45cmぐらいが適切といわれています。渡道橋では、高さ=15cm、水平面=30cmに作ります。

また、山道の階段の場合、坂の勾配に合わせて1段の高さを変えているものが多いのですが、階段は途中で段の大きさが変わると、たいへん歩きにくくなり、予想していないと転ぶ人も多いです。

お礼

再度ご回答くださりありがとうございます。
おっしゃるように勾配も一律ではありませんし、階段もそれに応じて高さを変えています。
それが原因かもしれませんね。

回答No.2

kingyo_tyuuihou

＞どんなものでしょうか？

ご推察の通り、階段のほうがしんどいのは、
・足を持ち上げないと階段は登れない
・歩幅が階段の幅に規定されて自分のペースを作れない

というのが原因です。

物理学というより、生理学の問題になると思いますが、
足を前に出す筋肉と足を上にあげる筋肉は別物です。
ですから、フルマラソンを走れる人が登山も楽勝かと
いうと意外とそうとは限らないということが
少なからずあるのはそういうところにあります。

歩幅の違いももちろんでてきますが、
これは歩き方を変えることで多少は緩和されますので、
よほど階段なりに、つい急いで歩いてしまう。
ということでなければ、原因ではありません。

足裏の角度に関しては、常に不自然な角度で
足首が曲がってしまう坂道のほうがしんどいです。
富士登山くらいの急坂を想定するとわかりやすいと思います。

お礼

足を持ち上げないと階段は登れない・・・これが一番の原因かもしれません。
私は普通の坂道はわりと平気なほうで、めちゃめちゃな急勾配でない限り、フラットな道とさほど変わらないスピードで登ることができます。
ただ、この階段の坂道はきついです。
他の登山者も、「階段はきつい」と口をそろえて言います。
この謎を解明しない限り、階段の坂道を制覇することができないと思っています。
詳しくご説明くださり、ありがとうございました。