エネルギーはどこへ行くのか
これまで自転車を機械と説明してきましたが、科学的にはまさにその通りです。 エネルギーをある形（食べたもの）から別の形（体と自転車がスピードを出すときの運動エネルギー）に変換するという意味でも、機械なのです。 では、サイクリングで使ったエネルギーは、実際にどこに行くのでしょうか？ 科学的な用語では、「仕事をする」ことに使われると言いますが、実際にはどうなのでしょうか。
サイクリングは、特に上り坂の場合、大変な作業に感じることがあります。サイクリングの科学では、「大変な作業」とは、距離をこぐためにかなりの力を使わなければならないことがあるということです。 上り坂の場合は、重力の力に逆らって働く必要があります。 あなたが高速で移動している場合は、あなたの体に押し付ける空気抵抗（抗力）の力に逆らって働いている。 時にはあなたが乗り越えなければならない道路のarebumpsがあります。それはより多くの力を取り、あまりにもuseenergy（バンプはあなたの速度を減らすことによってあなたの運動エネルギーを減らす）.
写真。 自転車は、私たちの大きくて非常に強力な脚の筋肉から力を利用するので、人体ととてもうまく機能します。 リカンベント自転車（横になって乗る自転車）は、超近代的で少し奇妙に見えるかもしれませんが、少なくとも100年前にさかのぼります。 従来の自転車よりも速く走れるのは、空気抵抗の少ないチューブのような姿勢で乗るからです。 ペダルが地面から高い位置にあるため、クランクを長くすることができ、より大きな力を得ることができ、筋肉はより長く、より効率的に力を発揮することができるのです。 Photo by Robin Hillyer-Miles courtesy of US Navy.
しかし、上り坂でも下り坂でも、高速でも低速でも、滑らかな道でもでこぼこの道でも、車輪を回転させるために常にしなければならない別の種類の仕事があるのです。 自転車に乗っている人などの荷重を支えて地面に止まっているホイールには、タイヤが巻き付いていて、ところどころつぶれていたり、膨らんでいたりする。 このようにタイヤが潰れたり膨らんだりを繰り返すことは、パンをこねるようなもので、そのエネルギーが転がり抵抗となるのです。 タイヤにかかる負荷が大きいほど（体重が重いほど、荷物の量が多いほど）、転がり抵抗は大きくなります。
高速で走行するレーシングバイクの場合、サイクリストの仕事の約80パーセントは空気抵抗の克服に使われ、残りは転がり抵抗との戦いに使用されます。 また、チェーンやギアなどの摩擦による損失もありますが、どんな乗り物であれ、適度にメンテナンスされていれば、このように失われるエネルギーは通常、気にするほどのものではありません。
グラフ：遅いマウンテンバイクは、転がり抵抗によって最もエネルギーを浪費し、速いレーシングバイクは、空気抵抗によってより浪費する。 これは、昔ながらの100ワットのランプ3～4個分、または電気ポットを動かすのに必要な電力の約15％に相当します。比較として、手回し発電機で約10ワットを発電できますが、これ一つでは疲れずに長くは使えません。 では、どうでしょう？ 手や腕を使うより、足の大きな筋肉を使った方が、長時間大きな力を出しやすいのです。
自転車のフレームのしくみ
大人の体重を60～80kgとすると、自転車のフレームは、乗った瞬間に折れたり座ったりしないように、かなり頑丈でなければならない。 仝囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮囮々は冱~の吭龍が乏しく、冱~が乏しく、冱~が乏しい彜Bである。
アルミチューブで作られた自転車のフレームは、スチール製のものよりもずっと弱いと思うかもしれませんが、それはチューブの寸法が同じである場合のみです。そのため、アルミ製の自転車には、スチール製の自転車よりも直径が大きく、肉厚のチューブが使用されています。 サドルは後輪に近い位置にあるが、前傾姿勢でハンドルバーを握る。 フレームに角度をつけたバーは、前輪と後輪の間で体重を多少なりとも分散させるように設計されています。 これはとても重要なことなんです。 同様に、前輪に体重がかかりすぎていると、下り坂のたびに頭がオーバーヒートしてしまいます。
フレームは100％硬く設計されているわけではありません。事実上すべての自転車のフレームは曲がり、少し曲がって、走行時の衝撃を吸収してくれますが、乗り心地には他の要素（サドルやタイヤなど）の方がはるかに大きな影響を与えます。 マウンテンバイクで荒れた道を走ると、自分の腕がいかにショックアブソーバーとして機能しているか、すぐにわかるはずです！また、人間の身体は非常に効率の良いサスペンションシステムであることも覚えておくといいでしょう。
自転車のホイールの仕組み
写真。 自動車の車輪と同じように、自転車の車輪もスピードの掛け算である。 中央の車軸をペダルやギヤで回転させる。 車軸は短い距離しか回りませんが、車輪のテコの原理で外輪は同じ時間でずっと遠くまで回ります。 車輪の仕組みの記事を読んでいただければ、車輪とそれを回す車軸は、科学者が「単純機械」と呼ぶものの一例であることがわかると思います。 自転車の車輪は、一般的に直径50cm以上あり、自動車の車輪よりも背が高い。 背が高いほど、車軸のところで回すと、スピードが増します。 そのため、レース用の自転車には最も背の高いホイール（通常、直径約70cmまたは27.5インチ）が使用されています。
車輪は最終的に全体重を支えるが、非常に興味深い方法で支えている。もし車輪が固体なら、シートに座ったときに押しつぶされて（圧縮されて）、押し上げられ、体を支えることになるだろう。 しかし、ほとんどの自転車のホイールは、丈夫なハブと細いリム、そしてテンションの高い約24本のスポークで形成されています。 強さと軽さを両立させ、空気抵抗を減らすために、金属製の車輪ではなくスポークを採用しているのだ（抵抗をさらに減らすために、従来の丸いスポークではなく、平らな「ブレード」スポークや楕円形のスポークを使っているライダーもいる）。 クモの巣や吊り橋のロープのように、自転車のホイールには張りがあり、スポークがしっかりと引っ張られているのです。 スポークはリムからハブの反対側まで十字に交差しているので、見た目ほどペラペラではなく、驚くほど丈夫な立体構造になっているのです。 自転車に乗ると、体重でハブが押され、スポークが少し伸びたり縮んだりします。 体重が60kgの人なら、1つの車輪に約30kg（自転車自体の重さを除く）の重さがかかっており、スポークが車輪の座屈を防いでいるのです」
写真：菅野智子 自転車の車輪は、見かけによらず、平らでも弱くもない。 ハブはタイヤよりずっと幅が広く、スポークには張りがあり、十字に交差してハブの接線に合流している。 その結果、ねじれや座屈、曲げに強い剛性の高い三次元構造を実現しているのだ。 写真提供：David Danals（米海軍）
車輪には数十本のスポークがあるので、それぞれのスポークは全体の重さのほんの一部、30本あれば1～2kg（2.2～4.4ポンド）程度しか支えられないと思っているかもしれませんが、それは簡単なことなんですね。 実際には、スポークには荷重が偏っており、垂直に近い数本のスポークは、他のスポークよりはるかに大きな荷重を負担しています。 (この荷重のかかり方については、自転車学者の間でもまだ議論があり、スポークにぶら下がっていると考えるのがいいのか、それともスポークを押し下げていると考えるのがいいのか、意見が分かれています）。 車輪が回転すると、他のスポークが垂直に近づき、より多くの負担を受けるようになります。 車輪が回転するたびに、スポークにかかる負荷は大きく上下します。やがて何千回となく繰り返される応力とひずみの中で、それぞれのスポークは伸びたり縮んだりしながら、金属疲労によりスポーク（あるいは車輪やハブとの接続部分）が破損する可能性が高くなります。 その結果、残りのスポークにかかる負荷が瞬間的に大きくなり、それらも破損しやすくなり、ドミノ倒しのような現象が起きて、ホイールがたわんでしまう。 自転車では、一対の歯車は直接駆動されるのではなく、チェーンで連結されています。一方の端では、チェーンは主歯車ホイール（ペダルの間）の周りに永久にループされています。 そのもう一方の端では、それはあなたがgear.4137>
典型的な自転車は、チェーンによってリンクされている歯と3 tothirty異なるギアホイールから何かを持っている、マシンが速くなる（ストレートに沿って行く）ペダルを踏むoreasier（上り坂に行く）。 マウンテンバイクやBMXのホイールがレーシングバイクより小さいのは、そのためです。 ペダルは2本の短いレバーでメインギアホイールに固定されているため、脚で踏み込む力も大きくなる。 例えば、典型的なレーシングバイクでは、ギア比（ペダルホイールの歯の数をバックホイールの歯の数で割ったもの）が5：1にもなる場合があり、ペダルを一回転させると、約10m（35フィート）の道のりを力強く進むことができます。 足を速く動かすことができると仮定すると、ペダルを1回転させるごとに遠くまで進むことができるため、ギアは効果的にあなたをより速く走らせることができます。
ギアについての詳細は、メイン記事でご覧ください。 ギア以前の自転車。 このような初期の自転車（「ペニーファーシングス」または「ハイホイール」として知られている）は、巨大な前輪を持ち、事実上あなたの速度を倍増し、直線で非常に速く行くことが可能でした.ギアはありません：前輪は、あなたの足はクランク（ペダル）を押し上げ、押し下げるたびに一回転しました.下りはかなり厄介だった（あなたがクランクから足を離さない限り）、上り坂はかなり不可能でした！オリジナル絵画の詳細、1887年頃。
自転車のブレーキの仕組み
写真。 リムブレーキ。 この自転車のブレーキは、ゴム製のシュー（ブロック）が車輪の金属リムを挟み込んで減速させる。 スピードが落ちると、エネルギーが失われる。 そのエネルギーはどこへ行くのだろう？ ブレーキブロックは信じられないほど熱くなるんだ！
どんなに速くても、止まらなければならないときが来る。 自転車のブレーキは、摩擦力（2つのものが接触しながらすれ違うときの摩擦力）を利用しています。 現在、一部の自転車にはディスクブレーキ（自動車用ブレーキと同様）が装備されていますが、多くの自転車では、従来のキャリパーによるシュー付きリムブレーキが使用されています。
ブレーキレバーを押すと、一対のゴム靴（ブロックと呼ばれることもある）が前輪と後輪の金属製内輪を挟み込む。 ブレーキシューがホイールを強くこすると、運動エネルギー（走っているときのエネルギー）を熱に変え、減速させる効果があります。これについては、ブレーキについてのメイン記事で詳しく解説しています。 つまり、車輪を減速させるのに必要な制動力は比較的小さいが（そのため小型軽量にできる）、それでも強く押す必要があり、自分と自分の自転車を停止させるためにその力を長く加える必要があるのだ。 リムブレーキの大きな欠点は、上からの雨や横からの雨、車輪からの水しぶきに完全にさらされることです。ブレーキシューと車輪が濡れて泥だらけの場合、かなりの潤滑剤が必要で、ブレーキと車輪の摩擦は乾燥状態の10倍にもなり（David Gordon WilsonのBicycling Scienceによる）、停止距離はかなり長くなってしまいます。
ディスクブレーキはハブにより近い位置で作動するため、より大きな制動力を加える必要があり、フォークやスポークにストレスを与えることがあります。 また、バイクの外観がよくなるからディスクブレーキを好む人もいれば、シンプルでわかりやすいからリムブレーキを好む人もいます。
アートワーク。 ディスクブレーキ（簡略化）。 ブレーキレバーを引くと、ワイヤーケーブルや油圧ライン（黄色）がキャリパー（青色）を動かし、車輪に取り付けられたローター（赤色）と呼ばれる円盤にブレーキパッドを押し付ける。 キャリパーは片方のフォーク（灰色）に取り付けられており、車輪を止めるために制動力はスポーク（黒色）を通らなければならないので、ディスクブレーキはリムブレーキに比べてフォークやスポークに大きな負担をかけることになります。
自転車のタイヤのしくみ
ゴムタイヤと路面との摩擦も有利に働いている。 そのため、軽くて弾力性があり、乗り心地がよいのです。 また、”崖っぷち “と呼ばれることもあり、崖っぷちに立たされることもある。
なぜ服装が重要なのか
摩擦は、ブレーキやタイヤでは素晴らしいものですが、別の形ではあまり歓迎されません：空気抵抗として、あなたの速度を低下させるのです。 スピードが出れば出るほど、抵抗は大きくなります。 高速で走る自転車レースは、まるで水の中を泳いでいるような感覚になります。 自転車は細くて流線型ですが、サイクリストの体はもっと太くて広いので、実際、サイクリストの体は自転車の2倍もの抵抗を生み出しています。 そのため、サイクリストはネオプレーン製のタイトな衣服と先の尖ったヘルメットを着用し、体をスリムにしてエネルギーの損失を最小限に抑えているのです。 レース用自転車には2組のハンドルバーがある。 そのため、レース用の自転車には2組のハンドルがあり、サイクリストが最適で合理的なポジションを取れるようになっています。 そのため、レース用の自転車には2組のハンドルがあり、サイクリストが最適な流線型のポジションを取れるようになっています。 そのため、このような「曖昧さ」を払拭するために、「曖昧さ」を解消するための工夫が施されているのだ。