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平地を移動 なぜ自転車が徒歩よりラク？
平地を同じ距離移動するのに、自転車の方が徒歩よりもラクだと感じますが、どうしてですか。 物理法則（運動量保存の法則？）等からは、自転車の方が、自分の体重だけでなく重たい自転車までもを自分の力で動かすのですから、疲れるのではないかという気がします。 単に移動時間が少なくてすむために、自転車のほうがラクなように錯覚しているだけなのでしょうか？
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歩く時の体の筋肉の動きと自転車を動かす時の筋肉の動きの差が 主な原因です。 自転車をこぐ筋肉の動きをスムースに効率よく前進運動に変換する 自転車の機構も原因の一つです。 人が歩く時は、 １）体の重さを支え姿勢を垂直に維持し静止する（物理的なエネルギー は０ですが、生物はこれにもかなりのエネルギーを消費します）。 ２）その姿勢から手脚を前に出し、同時に脚で地面を蹴り体を持ち 上げ、前に移動させる。 ３）脚を着地点に降ろし、他の脚を引き出す。手をこれに合わせて 動かす。（両脚が揃った瞬間は片足立ちの静止（１）と見なせる。） 以下、１）～３）を繰り返す。 この一連の動きで大事な点は、体の重心は蛙が跳ぶように上下にピョン ピョンしながら前に移動し、しかもその動きはリズムが有ることです。 つまり、歩いていると常に、体の持ち上げ下ろし、加速減速運動を している訳です。 それぞれが、かなりの運動で、多くのエネルギが消費されることです。 自転車は、体重の大部分が車体で支えられ、重心の上下移動が無く、 一度スピード乗れば慣性を利用した小刻みな加速減速の無い省エネな 運動で済むということです。（手の運動も必要ありません。） 大事なのは脚の運動ですが、基本的に交互な上下運動のみで脚を前に 動かす運動はペダルの利用で大幅に効率化してあります。 最も強く力の有る太股の筋肉で踏み込めば、ペダルに連動して他方の 脚はほぼ自動的に戻るからです。戻る方の脚は休むことができるとも 言えます。 歩く場合は引かれる脚はそれほど休めません。 歩くときに地面を蹴る足は、地面と足底の滑り摩擦で仕事をしています。 これに対し、自転車の車輪はグリップ確保程度の滑り摩擦と前進時の 転がり摩擦で仕事をします。 転がり摩擦は滑り摩擦の１／１０以下と言われています。 これも自転車が効率の良い原因の一つです。 軽量な自転車を動かすためのエネルギロスに比べ、使ったエネルギが 前進のエネルギーに転換される効率が、歩く場合の５倍程高くなるわけです。 自転車が今の１０倍くらい重ければ、歩く方が省エネかもしれません。 興味お有りなら下記URLを見てください。
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- mazeran
- ベストアンサー率42% (221/518)
「機構部の自由度」の問題です。 自由度が低いから「慣性力」が利用できたり、「摩擦力」云々と言うように「効率」を上げることができるわけです。 これらは「結果」であり、この結果を導く「原因」は「機構部の自由度」になります。 以下の私の回答を参考にしてください。 http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4417550.html （ここでは「一般人」としていますが・・・） 一輪車、自転車（二輪）、脚漕ぎタイプの四輪自転車。 移動を目的とする機構の自由度としては、低くなる順番です。 人が乗って移動するのに、自由度が低くなるほど「楽」になります。つまりエネルギーをムダにせず、「移動」することだけにエネルギーを使う形になるので、「効率」が良くなるわけです。 自由度が低くなると「単機能」となり、できることに制限がかかります。 例えば自転車は、真横への移動は本来できない機構になっています。 「ヒト」はいろいろな事をしなければならないので「単機能」では困ります。 ですから関節の「自由度」を上げて、あらゆることができるようになっている反面、「効率」は良くないわけです。 これも原因と結果が反対かも知れません。 自由度が高くなったから、ヒトはいろいろな事ができるようになった。 が正しいかも知れません。
- no009
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皆さんと同じ慣性力の差でしょう。 自転車と人は同じ速度で走り、突然止まる（エネルギーの供給を止めること。ブレーキをかける意味ではありません。）人は慣性力で数歩進みますが、止まります。自転車はそのまま進みます。空気抵抗やベアリングなどの摩擦がなければ、永遠に動き続けます。実際はそういうことはありませんので、空気抵抗や摩擦熱の分だけペダルを漕いでエネルギー補給すれば、永遠に動き続けます。 動き初めは、自転車の自重分だけ、人間の走り始めより初期エネルギーを使用しますが、動き始めたら、自転車が断然エネルギー効率はよいです。 慣性力を上手く使うか、使わないかの差です。 歩く時多少重心の上下運動を生じますが、大きな差では無いでしょう。
- tance
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歩くという動作が非常に効率の悪い動作なのでしょう。 歩いている時に突然足を止めたことを想像してください。 同時に体全体がピタッと止まります。でも自転車なら、惰性で 前に進みます。これだけ効率が違うのです。 「車」という機構は自然界にはない機構であり、人類の大発明 です。
慣性をうまく利用できるからでしょう。 転がる力はそのまま前に進む力に変換されます。 摩擦力が少ないのもポイントでしょう。 つまり動かすまでは自転車を動かす余分な力がかかりますが、 動き始めるとそのロスを差し引いてあまりある 余力が生まれるということです。 実際、歩きだと１日４０キロくらいが限界の人でも 自転車なら２００キロくらい走れてしまうわけです。
お礼
ありがとうございます。前に同じ質問あったんですね。 この場を借りて、ほかの回答者の方にもお礼申し上げます。