Stojíte u svých domovních dveří a čelíte pětikilometrové cestě do práce. Ale nemáte auto a nevede tam žádná autobusová trasa.
Můžete jít hodinu pěšky nebo naskočit na kolo a dorazit za 15 minut, sotva se zapotíte. Vy si vyberete to druhé.
Mnoho lidí by se rozhodlo stejně. Odhaduje se, že na světě je více než miliarda kol.
Cyklistika představuje jednu z energeticky nejúčinnějších forem doprava který byl kdy vynalezen, umožňuje lidem cestovat rychleji a dále a přitom spotřebovávat méně energie než chůze nebo běh.
Ale proč přesně je šlapání o tolik jednodušší než bušení na chodník? Odpověď spočívá v elegantní biomechanice toho, jak naše těla interagují s tímto dvoukolovým strojem.
Úžasně jednoduchý stroj
Kolo je ve svém srdci úžasně jednoduché: dvě kola (proto „kolo“), pedály, které přenášejí sílu řetězem na zadní kolo, a převody, které nám umožňují vyladit naše úsilí. Ale tato jednoduchost maskuje inženýrství který dokonale doplňuje lidskou fyziologii.
Při chůzi nebo běhu v podstatě kontrolovaně padáme dopředu a zachycujeme se při každém kroku. Naše nohy se musí houpat velkými oblouky a při každém kroku zvedat naše těžké končetiny proti gravitaci. Tento kývavý pohyb sám o sobě spotřebuje hodně energie. Představte si: jak únavné by bylo dokonce hodinu nepřetržitě kývat rukama?
Na kole se vaše nohy pohybují mnohem menším kruhovým pohybem. Místo toho, abyste při každém kroku kývali celou váhou nohou, jednoduše otáčíte svými stehny a lýtky prostřednictvím kompaktního cyklu šlapání. Úspora energie je okamžitě patrná.
Ale skutečné zvýšení efektivity pochází z toho, jak kola přenášejí lidskou sílu do pohybu vpřed. Když jdete nebo běžíte, každý krok zahrnuje malou srážku se zemí. Slyšíte to jako plesknutí vaší boty o vozovku a cítíte to jako vibrace procházející vaším tělem. Jedná se o ztrátu energie, která se doslova rozptýlí jako zvuk a teplo poté, co je odeslána přes vaše svaly a klouby.
Chůze a běh také zahrnují další zdroj neefektivity: s každým krokem se ve skutečnosti mírně brzdíte, než se pohnete vpřed. Když vaše noha dopadne před vaše tělo, vytvoří se zpětná síla, která vás na okamžik zpomalí. Vaše svaly pak musí pracovat extra tvrdě, aby překonaly toto samoúčelné brzdění a znovu vás zrychlily vpřed.
Líbání silnice
K vyřešení těchto problémů používají jízdní kola jeden z největších světových vynálezů – kola.
Namísto kolize získáte valivý kontakt – každá část pneumatiky jemně „líbí“ povrch vozovky, než se zvedne. Při dopadu se neztrácí žádná energie. A protože se kolo otáčí hladce, takže síla působí perfektně svisle na zem, nedochází k brzdění stop-start. Síla z vašeho šlapání se převádí přímo do pohybu vpřed.
O autorovi
Anthony Blazevich je profesorem biomechaniky na Edith Cowan University.
Tento článek je znovu publikován z The Conversation pod licencí Creative Commons. Přečtěte si původní článek.
Ale jízdní kola také pomáhají našim svalům pracovat co nejlépe. Lidské svaly mají zásadní omezení: čím rychleji se stahují, tím slábnou a spotřebovávají více energie.
Toto je slavný vztah mezi silou a rychlostí svalů. A to je důvod, proč je sprint o tolik těžší než běhání nebo chůze – vaše svaly pracují blízko svého rychlostního limitu a každým krokem jsou méně výkonné.
Tento problém za nás řeší ozubená kola. Jak jedete rychleji, můžete přeřadit na vyšší rychlostní stupeň, takže vaše svaly nemusí pracovat rychleji, zatímco kolo zrychluje. Vaše svaly mohou zůstat na svém místě pro produkci síly a náklady na energii. Je to jako mít osobního asistenta, který neustále upravuje vaši pracovní zátěž, abyste se udrželi v zóně špičkového výkonu.
Chůze někdy vítězí
Ale kola nejsou vždy lepší.
Na velmi strmých kopcích s více než 15procentním sklonem (takže se zvednete o 1,5 metru na každých 10 metrů vzdálenosti) se vaše nohy snaží vyvinout dostatečnou sílu kruhovým šlapáním, aby vás i kolo zvedly do kopce. Můžeme vyvinout větší sílu vytlačením nohou rovně, takže chůze (nebo lezení) bude efektivnější.
I kdyby se postavily silnice, nešlapali bychom na Mount Everest.
To není případ sjezdů. Zatímco jízda na kole z kopce je postupně snazší (nakonec nevyžaduje vůbec žádnou energii), chůze po strmých svazích se ve skutečnosti stává těžší.
Jakmile sklon překročí asi 10 procent (klesne o jeden metr na každých deset metrů vzdálenosti), každý krok z kopce vytváří otřesné nárazy, které plýtvají energií a zatěžují vaše klouby. Chůze a běh z kopce není vždy tak snadné, jak bychom očekávali.
Nejen dopravní prostředek
Čísla mluví sama za sebe. Cyklistika může být nejméně čtyřikrát energeticky účinnější než chůze a osmkrát účinnější než běh. Tato účinnost pochází z minimalizace tří hlavních energetických výdejů: pohybu končetin, dopadu na zem a omezení rychlosti svalů.
Takže až budete příště bez námahy projíždět kolem chodců při své ranní dojíždění na kole, věnujte chvilku tomu, abyste ocenili biomechanické umělecké dílo pod vámi. Vaše kolo není jen přepravní zařízení, ale dokonale vyvinutý stroj, který spolupracuje s vaší fyziologií a přeměňuje vaši syrovou svalovou sílu na účinný pohyb.
