Поки наші ноги витрачають колосальну енергію на боротьбу з гравітацією при кожному кроці, цей транспорт рятує нас від цього. Ви стоїте біля своєї вхідних дверей, перед вами — шлях на роботу завдовжки п’ять кілометрів. Але в вас немає машини, а автобусного маршруту не існує. Ви можете йти пішки протягом години або сісти на велосипед і прибути за 15 хвилин, ледь спітнівши. Ви обираєте друге, передає unian.net.
Багато людей зробили б такий самий вибір. За оцінками, у світі нараховується понад мільярд велосипедів. Велосипед — це одна з найенергоефективніших форм транспорту, коли-небудь винайдених, що дозволяє людям пересуватися швидше і далі, витрачаючи при цьому менше енергії, ніж під час ходьби чи бігу. Але чому саме кручення педалей здається набагато простішим, ніж ходьба по тротуару? Відповідь криється в елегантній біомеханіці, того, як наші тіла взаємодіють з цим двоколісним механізмом, пише The Independent.
Дивовижно проста машина
За своєю суттю велосипед дивовижно простий: два колеса, педалі, що передають потужність через ланцюг на заднє колесо, і передачі, які дозволяють нам точно налаштовувати наші зусилля. Але ця простота приховує інженерні рішення, які ідеально доповнюють людську фізіологію. Коли ми ходимо або біжимо, ми, по суті, падаємо вперед контрольованим чином, ловлячи себе при кожному кроці. Наші ноги повинні описувати великі дуги, піднімаючи важкі кінцівки проти сили тяжіння при кожному кроці.
Саме це коливне рух споживає багато енергії. Уявіть: наскільки втомливо було б навіть просто безперервно махати руками протягом години? На велосипеді ваші ноги здійснюють набагато менший круговий рух. Замість того, щоб переносити вагу всієї ноги при кожному кроці, ви просто обертаєте стегна і гомілки в компактному циклі педалювання. Економія енергії відчувається відразу.
Але справжній виграш в ефективності досягається завдяки тому, як велосипеди перетворюють людську енергію в рух вперед. Коли ви ходите або біжите, кожен крок супроводжується міні-зіткненням з землею. Ви можете чути це як шлепок вашого взуття об дорогу і відчувати як вібрації, що проходять через ваше тіло. Це втрачена енергія, буквально розсіювана у вигляді звуку і тепла після проходження через ваші м’язи і суглоби.
Ходьба і біг також включають ще одне джерело неефективності: з кожним кроком ви фактично трохи гальмуєте себе, перш ніж просунутися вперед. Коли ваша нога приземляється попереду тулуба, це створює зворотну силу, яка на мить сповільнює вас. Потім вашим м’язам доводиться працювати особливо наполегливо, щоб подолати це самовільне гальмування і знову прискорити вас вперед.
Велосипеди використовують одне з найвеличніших винаходів світу для вирішення цих проблем — колеса. Замість зіткнення ви отримуєте контакт кочення — кожна частина шини м’яко «цілує» поверхню дороги, перш ніж відірватися. Енергія не втрачається при ударі. А оскільки колесо обертається плавно, так що сила діє строго вертикально на землю, немає переривчастого гальмівного ефекту. Сила вашого педалювання безпосередньо перетворюється на рух вперед.
Але велосипеди також допомагають нашим м’язам працювати найкращим чином. У людських м’язів є фундаментальне обмеження: чим швидше вони скорочуються, тим слабшими стають і більше енергії споживають. Це відома залежність «сила-швидкість» для м’язів. І саме тому спринт здається набагато важчим, ніж біг підтюпцем чи ходьба — ваші м’язи працюють на межі своєї швидкості, стаючи менш ефективними з кожним кроком.
Велосипедні передачі вирішують цю проблему за нас. Коли ви їдете швидше, ви можете перемкнутися на вищу передачу, щоб вашим м’язам не довелося працювати швидше, поки велосипед прискорюється. Ваші м’язи можуть залишатися у своїй «зоні комфорту» як для вироблення сили, так і для енергетичних витрат. Це як мати особистого помічника, який постійно корегує ваше навантаження, щоб тримати вас у зоні пікової продуктивності.
Іноді ходьба перемагає
Але велосипеди не завжди перевершують інші способи пересування. На дуже крутих пагорбах з ухилом більше 15 відсотків (коли ви піднімаєтеся на 1,5 метра на кожні 10 метрів дистанції), вашим ногам важко генерувати достатню силу через круговий рух педалей, щоб підняти вас і велосипед вгору. Ми можемо виробляти більше сили, випрямляючи ноги, тому ходьба (або підйом) стає ефективнішою. Навіть якби там були побудовані дороги, ми б не поїхали на велосипеді на Еверест.
Це не стосується спусків. Поки їзда на велосипеді з гори стає прогресивно легшою (зрештою взагалі не вимагає енергії), ходьба крутими схилами насправді стає складнішою. Як тільки ухил перевищує 10 відсотків (спуск на один метр на кожні десять метрів дистанції), кожен крок вниз створює різкі удари, які витрачають енергію і навантажують ваші суглоби. Ходьба і біг з гори не завжди такі прості, як ми очікуємо.
Не просто транспортний засіб
Цифри говорять самі за себе. Їзда на велосипеді може бути принаймні в чотири рази енергоефективнішою, ніж ходьба, і в вісім разів ефективнішою, ніж біг. Ця ефективність досягається завдяки мінімізації трьох основних витрат енергії: руху кінцівок, удару об землю та обмежень швидкості м’язів.
Тому в наступний раз, коли ви без зусиль промчите повз пішоходів під час ранкової поїздки на роботу, знайдіть хвилину, щоб оцінити витвір біомеханічного мистецтва під собою. Ваш велосипед — це не просто транспортний засіб, а ідеально еволюціонувала машина, яка працює в партнерстві з вашою фізіологією, перетворюючи вашу сиру м’язову силу на ефективний рух.