12インチのミニサイクルと24インチのママチャリ。こぐのに楽なのはどっち?

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★科学★
問題:口絵の図をごらんください。坂道と平坦な道があります。おなじ材質でできたふたつの車輪を作ります。小さいほうの直径は大きいほうの半分にします。小さいほうには錘(おもり)をつけ、全体の重さは両方ともおなじにします。ひとつずつ、坂のおなじ位置に置いて手を放します。
■なんの力も加えなかった場合、ふたつの車輪にはおなじ運動エネルギーが与えられることになります。では、坂を降りきってから転がる距離は、大きい車輪と小さい車輪のどちらが長いのでしょうか?
[い]大きいほうの車輪
[ろ]小さいほうの車輪
[は]どちらもおなじ
[に]坂の表面の材質により、結果は異なる
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[い]大きいほうの車輪
説明:車輪はずいぶん昔に発明された道具だそうです。今から5000年ほど前、メソポタミア文明のころにはすでに車輪があったらしい。人や物を乗せて移動し、輸送手段として人々の生活を支えてきたそうです。車輪があまりに便利なので、19世紀には蒸気船の舷側に車輪をつけるのが流行し、ペリーが日本に来航した際も外輪船でやってきた…というのは半ばホント、半ば冗談です。
■車輪はたしかに円滑にものを運べます。それでも少しは地面とのあいだに摩擦を生じているそうです。「ころがり摩擦」というわかりやすい呼びかたがされています。「ころがり摩擦の大きさは車輪の直径に反比例し、全体の重さに比例する」という法則があるとのこと。もし重さが同じならば、直径が2倍の車輪は摩擦力が半分になります。エネルギーの損失は半分になるわけですね。そのため、口絵の実験では、大きいほうの車輪は小さいほうの車輪の倍の距離を走ることになるらしい。
■12インチのミニサイクルと24インチのママチャリの場合、24インチのママチャリのほうがエネルギーの損失は半分になる計算です。実際にはそう単純ではありません。たとえば、自転車自体の重さを考えると、ミニサイクルのほうが軽いでしょう。ただし、乗る人の体重も含めて考えなければならないので、重さの差はあまり大きくならないかもしれません。ミニサイクルが10kg、ママチャリが20kgだったとしても、体重60kgの人が乗るときには、70kgと80kgの比較になります。たいした差ではありません。
■原則としてはタイヤが大きいほうがこぐのが楽になるはずです。とはいえ、自転車の場合には、足の長さとか脚力など、身体にあったサイズであるほうが大切といわれます。それに、ホントに楽をしたいのなら、電池やモーターのついている自転車も選べます。運動不足解消を兼ねて自転車を使うのなら、多少は足に負担がかかる自転車のほうがいいのかもしれませんけど。
◆参考*1:HP「2012年1月号/よく走るのは大小どちらの車輪? | NGKサイエンスサイト|日本ガイシ」
http://www.ngk.co.jp/site/no173/know.htm

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この記事へのコメント

ねこのひげ
2012年02月15日 05:50
タイヤが大きいほど運転しやすいというので、ペニー・ファージングという前輪が馬鹿でかい自転車が考え出されましたね。
乗るのが大変だというので、チェーン駆動が出てきたら消えてしまいましたけどね。
ねこのひげ様<素町人
2012年02月15日 07:20
コメントをありがとうございます。

 子供のころ、自転車屋さんに小さい自転車と大きい自転車の相違について尋ねたことがあります。「車輪が大きい方が安定するのだ」と言っていました。
 ん? それなら子供用の自転車こそ大きな車輪にすべきじゃないか。子供心に疑問を覚えましたね。

 弊クイズでも前輪の大きな自転車について触れたことがあります。よろしければご覧ください。
m(_ _)m

「昔の自転車の前輪が大きいのはなんのため?」
http://blog.q-q.jp/200711/article_2.html

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