自転車の科学【エネルギー】

「自転車は身近なものだけど、よくわかっていないなぁ。誰か自転車で学べる科学がないか教えてくれないかなぁ」

そんな悩みに答えます。

今回は自転車について紹介します。自転車はエネルギー変換装置です。

それではみていきましょう。

軽い自転車は疲れにくい

自転車を漕いでいるとき、私たちは身体を動かしてタイヤを回転させています。このとき、私たちの身体で生み出したエネルギーを運動エネルギーに変換しています。自転車が軽いと同じエネルギーを投入しても、より速く進むことができます。ある速度で漕ぐにはより小さいエネルギーで漕ぐことができるので、軽い自転車は疲れにくいともいえるのです。

位置エネルギーと運動エネルギー

坂道を下るとき、高さが下がるごとに速度が増していくことがわかります。これは位置エネルギーが運動エネルギーに変換されているためである。

細かいことをいえば、摩擦により熱に変化してしまいエネルギーが消費されるが、十分小さいので気にしなくてよいでしょう。

ブレーキは「運動エネルギーを熱エネルギー変換装置」

ブレーキはどんなエネルギー変換をしているのでしょう。自転車でブレーキをかけたとき、熱くなるのはどこかわかるでしょうか。

わかりましたか?

走行中の自転車は運動エネルギーをもっています。停止したときには運動エネルギーが0になっています。自転車が停止するまでに、運動エネルギーを熱エネルギーに変えているのだ。

ブレーキをかけたときどこが熱くなるのかというとタイヤを挟み込むブレーキシューです。ブレーキをかけた際に、自転車の運動エネルギーがブレーキシューの摩擦により熱に変える。

誤概念を自覚する

ブレーキをかけたとき、タガタと地面に接触しているタイヤのイメージをもっている人もいるのではないでしょうか。もちろんタイヤと地面間での摩擦もありますが、走行時と減速時で大した際はないでしょう。

アニメなどでは、良くタイヤが地面に対してギュッと力をくわえて停止しているようにみえる。このような間違った直感がアニメや漫画で印象付けられています。

このように、間違った直感を”誤概念“といいます。物理を学ぶと誤概念を再認識できることも面白いことですね。

最後に

今回は自転車の科学を紹介しました。