ロードバイクでのペダリングのコツを科学する

ロードバイク

「真円を描くようにペダリングするとよい。」「0~90°の区間でペダルに力を加えるのが効率のよいペダリングだ。」とよく言われています。ふと「なんでそう言われているんだ?」なんて、サイクリングをしながら疑問に思いました。

ペダリングを物理学視点で考えてみました。

回転させるという事

石臼

力を入れて回すものを考えたとき、ふと「石臼」が頭に浮かびました。まずは、石臼の場合を考えます。

石臼

石臼は、そば粉を入れるところがあって、石臼を手で回す回し棒が付いています。回し棒をまわして石臼を動かします。

「回し棒への力の加え方」の関係は、次のような図になります。

回し棒と力点の関係

中心から回し棒に向けて引いた線に対して常に直角に力を加えると、一番効率よく回転させられます。(力のモーメント)

力の加える方向を数学的な用語でいうと、円の接線方向となります。

ロードバイクのペダル

石臼で、回転させるときの力の加える方向について確認をしました。外側にあるペダルを回して中心のシャフトを回転させるという意味では、ペダリングも同じことが言えると思います。

ペダルの絵を描いてみました。

ペダル

【脱線】クランクアームがオフセット

絵を描いていて分かったのですが、シャフトとアームって少しオフセットしていますね。

オフセットしているので、ペダルが90°のときの一番効率がいい力の向きは、真下ではなく少し右下に傾いています。ペダルひとつについても、考えて設計されていることがわかります。

石臼と同じように、効率の良い力の加え方を絵で表現しました。

ペダルと力点の関係

こんな感じです。

360°どこでも良い

つまり、物理学の視点でいえば、矢印の方向(アームに対して90°の方向)に力を加えることができれば、0~90°だけでなく、360°どこで力を加えても力は加わることになります。

なぜ0~90°がよいのか

本章タイトルにもある通り、なぜ0~90°なのでしょうか。これは、ヒトの体とロードバイクが関係していると考えます。

ここからは、ヒトの体に関することが主になってきます。ヒトの体の仕組みについては、専門的に学んだことがなく、間違っているかもしれません。とは言え、テレビや雑誌などの知識や感覚から、そう大きく間違っていないのではないかとも思っています。

ロードバイクに乗った時のヒトの体

ロードバイクに乗ってペダルをこいでいる時の、ヒトの体の特性を考えます。ポイントはふたつだと思います。当たり前のことですが、ロードバイクに乗ったとき、体の中心(腰・尻)はペダルより後ろにあります。この状態で考えてみました。引き脚の話をしているので、足とペダルはクリートで固定されているのが前提です。

力を分解

ペダルに対して90°に力を掛けているときが、一番効率よく伝達できています。この力を、垂直方向と水平方向に分解してみます。

力を分解
  • 引き脚よりも踏み脚の方が力が入る
    (垂直方向)
  • 後方に蹴るよりも前方に踏み出す方が力が入る
    (水平方向)

垂直方向

体重も乗せられるので、引き上げるよりも、踏みこむ力の方が力強くできます。

ペダルが3時の位置にあるとき、垂直方向下向きに力が最大になります。

水平方向

体の中心が、ペダルよりも後ろにあるので、後ろに蹴るよりも、前に蹴り出す方が力がはいります。

ペダルが0時の位置にあるとき、水平方向前向きの力が最大になります。

物理的にも0時~3時

つまり、垂直、水平方向の力が入る区間が0時~3時ということになり、世間で言われている0時から3時の区間で踏み込むは科学的にも正しいことになります。

360°効率よく力をいれる

全く根拠がありませんが、360°に近い間隔で力を入れられる人というのは、プロになる要素のひとつなのではないでしょうか。

60~100rpmでペダリングしているので、普通の人であれば、0~90°の区間に絞って力を加えるのが効率がいいのだと思います。

新城幸也さんが、ペダリングを解説している動画があるのを思い出しました。しかも、そのタイトルが「新城幸也選手を科学する」です。全く意図しないところで一致しました。

このペダリングが、360°に近いペダリングではないかと感じています。

ペダルと力の関係の絵を連続的、力の合成的に考えると真円を描くようにペダリングになるのだと思います。

効率の良いペダリングは、早く走る以外にも長距離走ることができるようにもなるはずです。

なんて偉そうに語っているが

なんて語ってきましたが、私自身は全く早く走れません。ペダリング以前に、サイクリングをする為の筋力、維持する為の体力どれをとってもヘッポコです。少しずつ強くなれればいいなと思っています。

と言うことで、ふとした疑問をつらつらと書いてみました。

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