Излизате от дома си и ви предстои петкилометрово пътуване до работа. Нямате кола и няма удобна автобусна линия до работното ви място. Можете да вървите пеша един час – или да се качите на велосипеда си и да стигнете за 15 минути, без почти да се изпотите. Логично е да изберете второто.
Много хора биха направили този избор. Смята се, че в света има повече от един милиард велосипеда. Колоезденето представлява една от най-енергийно ефективните форми на транспорт, изобретявани някога, позволявайки на хората да пътуват по-бързо и по-далеч, използвайки по-малко енергия, отколкото ходенето или бягането.
Но защо точно въртенето на педалите се усеща толкова по-лесно от вървенето по тротоара? Антъни Блазевич, професор по биомеханика, Университет Едит Коуан дава отговор на това, какво се крие в елегантната биомеханика, която се крие зад това как телата ни взаимодействат с тази двуколесна машина.
Чудесно проста машина
В основата си велосипедът е удивително прост: две колела, педали, които предават мощността чрез верига към задното колело, и зъбни колела, които ни позволяват прецизно да настройваме усилието си. Но тази простота прикрива инженерство, което перфектно допълва човешката физиология.
Когато вървим или тичаме, всъщност падаме напред по контролиран начин, като се „улавяме“ с всяка следваща крачка. Краката ни се движат в широки дъги, повдигайки тежките крайници срещу гравитацията при всяка стъпка. Самото това махане отнема много енергия. Представи си колко изтощително би било дори само да размахваш ръцете си непрекъснато в продължение на един час.
На велосипед краката ви се движат с много по-малко, кръгово движение. Вместо да люлеете цялата тежест на краката си с всяка стъпка, просто въртите бедрата и прасците си чрез компактен цикъл на въртене на педалите. Спестяването на енергия е забележимо веднага.
Но истинското повишаване на ефективността идва от начина, по който велосипедите прехвърлят човешката сила към движение напред. Когато ходите или бягате, всяка стъпка включва мини-сблъсък със земята. Можете да го чуете като пляскане на обувката ви по пътя и можете да го усетите като вибрации, преминаващи през тялото ви. Това е загуба на енергия, буквално разсейвана като звук и топлина, след като е била изпратена през мускулите и ставите ви.
Ходенето и бягането също така включват друг източник на неефективност: с всяка стъпка всъщност спирате леко, преди да се придвижите напред. Когато кракът ви се приземи пред тялото ви, той създава сила назад, която за момент ви забавя. След това мускулите ви трябва да работят допълнително, за да преодолеят това самоналожено спиране и да ви ускорят отново напред.
Целувка с пътя
Велосипедите използват едно от най-великите изобретения в света, за да решат тези проблеми – колелата.
Вместо сблъсък, получавате контакт при търкаляне – всяка част от гумата нежно „целува“ пътната настилка, преди да се отлепи. Не се губи енергия при удар. И тъй като колелото се върти плавно, така че силата действа перфектно вертикално върху земята, няма спирачно действие с прекъсване. Силата от въртенето на педалите се превръща директно в движение напред.
Но велосипедите също така помагат на мускулите ни да работят по най-добрия начин. Човешките мускули имат едно фундаментално ограничение: колкото по-бързо се съкращават, толкова по-слаби стават и толкова повече енергия изразходват.
Това е известната връзка сила-скорост на мускулите. И затова спринтът се усеща толкова по-труден от джогинга или ходенето – мускулите ви работят почти на границата на възможностите си, като с всяка крачка стават по-неефективни.
Велосипедните скорости решават този проблем вместо нас. Когато увеличите темпото, можете да превключите на по-висока предавка, така че мускулите ви да не трябва да работят по-бързо, докато колелото ускорява.
Мускулите ви могат да останат в най-добрата си точка както за производство на сила, така и за разход на енергия. Все едно имате личен асистент, който непрекъснато регулира натоварването ви, за да ви държи в зоната на максимална производителност.
Ходенето понякога е по-добрия избор
Но велосипедите не винаги са по-добри. На много стръмни склонове с наклон над 15%, краката ви се затрудняват да генерират достатъчно сила чрез кръговото движение на педалите, за да повдигнат вас и велосипеда нагоре по хълма. Можем да генерираме повече сила, като избутваме краката си право напред, така че ходенето (или изкачването) става по-ефективно.
Дори и да бяха построени пътища, нямаше да караме колела на връх Еверест.
Това не е така при спусканията. Докато спускането с колело е изключително лесно (в крайна сметка изобщо не изисква енергия), ходенето по стръмни склонове всъщност е доста трудно.
След като наклонът надвиши около 10%, всяка стъпка надолу създава резки удари, които пилеят енергия и натоварват ставите ви. Ходенето и бягането надолу не винаги е толкова лесно, колкото очакваме.
Висока ефективност
Числата говорят сами за себе си. Колоезденето може да бъде поне четири пъти по-енергийно ефективно от ходенето и осем пъти по-ефективно от бягането. Тази ефективност се дължи на минимизиране на три основни енергийни загуби: движение на крайниците, удар върху земята и ограничения в скоростта на мускулите.
Така че следващия път, когато без усилие подминавате пешеходци по време на сутрешното си пътуване с велосипед, отделете малко време, за да оцените биомеханичното произведение на изкуството под вас.
Вашият велосипед не е просто транспортно средство, а перфектно еволюирала машина, която работи в партньорство с вашата физиология, превръщайки суровата ви мускулна сила в ефективно движение.
Източник: The Conversation
