Уявіть: ви стоїте біля власних дверей, попереду — виснажлива тримильна (приблизно 5 км) дорога до роботи. Авто немає, маршрутки чи автобуса теж. Є два варіанти: годину йти пішки або ж сісти на велосипед і дістатись за 15 хвилин, майже не спітнівши.
Ви обираєте друге — і недарма.
Мільйони людей щодня роблять такий самий вибір. За оцінками, у світі понад мільярд велосипедів — і не дарма: велосипед є одним з найенергоефективніших засобів пересування, який коли-небудь створювало людство. Як пише The Conversation, він дозволяє рухатись швидше й далі, витрачаючи менше енергії, ніж під час ходьби або бігу.
Але чому крутити педалі значно легше, ніж іти пішки?
На перший погляд, велосипед — це простий механізм: двоє коліс (звідси й «бі-цикл»), педалі, які передають силу на заднє колесо через ланцюг, і перемикання передач, щоб регулювати зусилля.
Але за цією простотою ховається справжній інженерний шедевр, що ідеально працює в тандемі з фізіологією людини.
Під час ходьби чи бігу ми фактично падаємо вперед — і ловимо себе кожним кроком. Наші ноги щоразу описують широку дугу, підіймаючи важкі кінцівки проти сили тяжіння. Один лише розмах витрачає багато енергії. Уявіть: як довго ви б змогли просто махати руками протягом години?
Під час їзди на велосипеді ноги рухаються по меншій, плавній круговій траєкторії. Ви не розмахуєте ногою в повітрі, а лише обертаєте стегно і гомілку в замкненому циклі. Енергозатрати одразу помітно менші.
Найбільший виграш — у передачі енергії.
Коли ви ходите або біжите, кожен крок — це міні-удар об землю. Ви чуєте його як ляскання підошви й відчуваєте як вібрацію. Частина вашої енергії просто втрачається у вигляді звуку й тепла.
Ще одна проблема ходьби — автоматичне гальмування: коли нога торкається землі перед тілом, вона створює зворотну силу, яка вас сповільнює. М’язам доводиться докладати більше зусиль, щоб знову розігнати тіло.
Велосипед вирішує ці проблеми завдяки геніальній винахідливості колеса.
Замість удару по поверхні — плавний контакт шини з дорогою. Енергія не витрачається на зіткнення, а безпосередньо трансформується в рух уперед. Жодного «гальмування» на кожному кроці — тільки ефективне просування.
М’язи людини мають обмеження: чим швидше вони скорочуються, тим менше сили видають і більше енергії витрачають.
Це називається залежність сили від швидкості. Саме тому спринт набагато виснажливіший, ніж хода.
На велосипеді перемикання передач допомагає тримати м’язи в оптимальному режимі. Ви можете прискорюватися, не змушуючи м’язи скорочуватись швидше. Це як мати помічника, який постійно адаптує навантаження, щоб ви залишались у зоні максимальної ефективності.
На дуже крутих підйомах (понад 15% нахилу) ногам складно видавати достатню силу у круговому русі, щоб підняти вас і велосипед. У таких випадках ходьба або лазіння — ефективніші, бо ви можете прямо виштовхувати тіло вгору.
На спусках усе навпаки: велосипед котиться майже без зусиль, а от ходити вниз — важче, ніж здається. При нахилі понад 10% кожен крок — удар по суглобах, енерговитратний і травмонебезпечний.
Цифри говорять самі за себе: велосипед щонайменше в чотири рази енергоефективніший за ходьбу і у вісім разів — за біг.
Це можливо завдяки зменшенню трьох головних витрат енергії:
Наступного разу, коли ви легко проїжджатимете повз пішоходів дорогою на роботу, згадайте: під вами — не просто велосипед, а досконала біомеханічна машина, яка перетворює вашу м’язову силу на найефективніший рух, вигаданий людством.