Stojíš u svých předních dveří a čelíte pěti kilometrovému dojíždění do práce. Ale nemáte své auto a není tam žádná autobusová trasa. Můžete chodit hodinu nebo skočit na kolo a dorazit za 15 minut, sotva zlomit pot. Vyberete si toho druhého.
Mnoho lidí by se rozhodlo. Odhaduje se, že na světě je více než miliardy kol.
Cyklistika představuje jednu z nejvíce energeticky efektivnějších forem doprava Vždy vynalezl a umožnil lidem cestovat rychleji a dále při používání méně energie než chůze nebo běh.
Ale proč přesně se šlapání cítí mnohem jednodušší než bušení chodníku? Odpověď spočívá v elegantní biomechanice toho, jak naše těla interagují s tímto dvoukolovým strojem.
Úžasně jednoduchý stroj
Ve svém srdci je kolo úžasně jednoduché: dvě kola (odtud „bi-cyklus“), pedály, které přenášejí energii řetězem na zadní kolo, a ozubená kola, která nám umožňuje doladit naše úsilí. Ale tato jednoduchost maskuje inženýrství To dokonale doplňuje fyziologii člověka.
Když chodíme nebo utíkáme, v podstatě padneme dopředu kontrolovaným způsobem a chytíme se každým krokem. Naše nohy se musí houpat velkými oblouky a zvednout naše těžké končetiny proti gravitaci s každým krokem. Tento kývavý pohyb sám spotřebuje hodně energie. Představte si: Jak by to bylo únavné, že by vaše paže ještě nepřetržitě houpala na hodinu?
Na kole se vaše nohy pohybují mnohem menším kruhovým pohybem. Místo toho, abyste s každým krokem houpali celou hmotnost nohy, jednoduše otáčíte stehna a telata kompaktním šlapacím cyklem. Úspory energie jsou okamžitě patrné.
Skutečná efektivita však pochází z toho, jak kola přenášejí lidskou sílu k předávání pohybu. Když chodíte nebo běžíte, každá stopa zahrnuje mini-colision se zemí. Slyšíte to jako facku své boty na silnici a můžete to cítit jako vibrace protékající vaším tělem. Toto je ztracená energie, doslova se rozptýlí jako zvuk a teplo po odeslání vašich svalů a kloubů.
Chůze a běh také zahrnuje další zdroj neefektivnosti: s každým krokem se ve skutečnosti zabrkáte mírně před poháněním dopředu. Když vaše noha přistane před tělem, vytváří to zpětnou sílu, která vás na okamžik zpomaluje. Vaše svaly pak musí tvrdě pracovat, aby toto brzdění uložily a znovu vás urychlily vpřed.
Líbání silnice
Kola používají k vyřešení těchto problémů jeden z velkých vynálezů na světě – kola.
Místo kolize získáte válcovací kontakt – každá část pneumatiky jemně „políbí“ povrch vozovky, než se zvedne. Na dopad není ztracena žádná energie. A protože kolo se hladce otáčí, takže síla působí perfektně svisle na zemi, neexistuje žádná brzda. Síla z vašeho šlapání se překládá přímo do pohybu vpřed.
Kola však také pomáhají našim svalům pracovat nejlépe. Lidské svaly mají zásadní omezení: čím rychleji se stahují, čím slabší se stávají a čím více energie konzumují.
Toto je slavný vztah sil-rychlosti svalů. A proto se Sprinting cítí mnohem těžší než běhat nebo chůze – vaše svaly pracují poblíž jejich rychlostního limitu a stávají se méně efektivní s každým krokem.
Ovoky pro kola řeší tento problém pro nás. Když jdete rychleji, můžete se přesunout na vyšší rychlostní stupeň, takže vaše svaly nemusí pracovat rychleji, zatímco kolo zrychluje. Vaše svaly mohou zůstat na svém sladkém místě pro výrobu síly i pro náklady na energii. Je to jako mít osobního asistenta, který nepřetržitě upravuje vaše pracovní zátěž, aby vás udržel v maximální zóně výkonnosti.
Chůze někdy vyhraje
Ale kola nejsou vždy lepší.
Na velmi strmých kopcích více než asi 15 % gradientu (takže rostete 1,5 metrů každých 10 metrů vzdálenosti), vaše nohy se snaží generovat dostatek síly skrz kruhový šlapací pohyb, aby vás zvedli a na kole na kopci. Můžeme produkovat více síly vytlačením nohou rovně, takže chůze (nebo lezení) se stává efektivnějším.
I kdyby byly postaveny silnice, nebyli bychom na hory Everestu.
To neplatí pro sjezdovky. Zatímco cyklistika z kopce je postupně snazší (nakonec nevyžaduje vůbec žádnou energii), chůze po strmých svazích se ve skutečnosti stává těžší.
Jakmile gradient přesáhne asi 10 % (klesne o jeden metr na každých deset metrů vzdálenosti), každý sjezdový krok vytváří otřesné dopady, které odpadní energii a stresu vaše klouby. Chůze a běh z kopce není vždy tak snadné, jak bychom očekávali.
Nejen přepravní zařízení
Čísla mluví sama za sebe. Cyklistika může být nejméně čtyřikrát energeticky účinnější než chůze a osmkrát efektivnější než běh. Tato účinnost pochází z minimalizace tří hlavních energetických odtoků: pohyb končetin, dopad na zem a omezení rychlosti svalů.
Až příště bez námahy plavíte kolem chodců na ranním kole, věnujte chvilku, abyste si ocení biomechanické umělecké dílo pod vámi. Vaše kolo není jen transportní zařízení, ale dokonale vyvinutým strojem, který pracuje ve spolupráci s vaší fyziologií a přeměňuje vaši surovou svalovou sílu v efektivní pohyb.
Anthony Blazevich je profesorem biomechaniky na univerzitě Edith Cowan.
Tento článek je znovu publikován z konverzace na základě licence Creative Commons. Přečtěte si Původní článek.
