Polkupyörä on yksi tehokkaimmista liikennevälineistä energiankulutuksen kannalta.
Sisällysluettelo
Olet kotisi ovella. Sinun on ajettava viisi kilometriä töihin. Sinulla ei ole autoa, eikä busseja kulje. Voit kävellä tunnin… tai hypätä pyörän selkään ja päästä perille 15 minuutissa lähes hikoilematta. Valitset pyörän.
Etkä ole ainoa. Arvioiden mukaan maailmassa on yli miljardi polkupyörää.
Polkupyörä on yksi tehokkaimmista liikennevälineistä, mitä on koskaan keksitty: sen avulla voi kulkea pitkiä matkoja lyhyemmässä ajassa ja paljon vähemmällä vaivalla kuin kävellen tai juosten.
Mutta miksi polkeminen on paljon helpompaa kuin kävely pitkiä matkoja? Vastaus löytyy ihmiskehon uskomattomasta mekaniikasta, joka on synkronoitu tämän kaksipyöräisen kulkuvälineen kanssa.
Polkupyörän peruskonsepti on ihmeellisen yksinkertainen: kaksi pyörää (tästä tulee nimi ”bi”), polkimet, jotka siirtävät vääntömomentin takapyörään ketjun kautta, ja vaihteisto, jonka avulla voimaa voidaan säätää maaston mukaan. Tämän äärimmäisen yksinkertaisen rakenteen takana piilee kuitenkin hienostunut insinööritaidon tulos, joka vastaa lähes täydellisesti kehomme toimintaa.
Kun kävelemme tai juoksemme, me itse asiassa kaadumme hallitusti eteenpäin välttäen täydellisen kaatumisen jokaisella askeleella. Jalkamme joutuvat liikkumaan leveissä kaarissa ja voittamaan painovoiman jokaisella askeleella. Pelkästään tämä liike kuluttaa valtavasti energiaa. Ajattele sitä näin: kuinka kauan kestäisit, jos joutuisi heiluttamaan käsiäsi tauotta tunnin ajan?
Toisaalta pyöräillessä jalat tekevät lyhyitä pyöreitä liikkeitä. Sinun ei tarvitse siirtää painoa joka askeleella: kompaktissa polkemisessa vain reidet ja pohkeet pyörivät. Energian säästö on heti havaittavissa.
Mutta pyörän todellinen tehokkuus piilee siinä, miten se muuntaa ihmisen energian liikkeeksi. Kävelemällä tai juoksemalla jokainen askel aiheuttaa pienen törmäyksen maahan. Se tuntuu kengän iskusta asfalttiin ja tuntuu koko kehoon välittyvänä värinänä. Kaikki tämä energia menee hukkaan: se haihtuu äänenä ja lämmönä kulkiessaan lihasten ja nivelten läpi.
Kävelyllä tai juoksulla on myös toinen tehokkuuteen liittyvä ongelma: jokaisella askeleella keho hidastuu hieman ennen kuin se taas ponnistaa. Kun jalka laskeutuu kehon eteen, syntyy taaksepäin vaikuttava voima, joka hidastaa kehoa hetkellisesti. Sitten lihasten on ponnisteltava enemmän voidakseen voittaa tämän hidastuksen ja työntää kehoa jälleen eteenpäin.
Ihanteellinen kosketus maahan
Polkupyörä ratkaisee kaikki nämä ongelmat yhden ihmiskunnan suurimmista keksinnöistä, pyörän, avulla.
Iskun sijaan tapahtuu sujuva, jatkuva kosketus: jokainen renkaan osa koskettaa maata vain hetken ennen irtoamista. Iskussa energiaa ei menetetä. Koska pyörä pyörii sujuvasti, polkimien pyörimisen aiheuttama voima kohdistuu pystysuoraan maahan ja muuttuu suoraksi eteenpäin suuntautuvaksi liikkeeksi. Ei jarrutusta, pomppimista tai energian menetystä.
Mutta polkupyörät auttavat myös lihaksiamme toimimaan tehokkaammin. Ihmisen lihaksilla on yksi keskeinen rajoitus: mitä nopeammin ne supistuvat, sitä vähemmän voimaa ne tuottavat ja sitä enemmän energiaa ne kuluttavat.
Tämä tunnetaan nimellä lihasvoiman ja nopeuden välinen kuuluisa riippuvuus. Siksi sprintti tuntuu paljon väsyttävämmältä kuin hölkkä tai kävely: lihaksesi lähestyvät nopeuden rajaansa ja jokaisella askeleella ne muuttuvat vähemmän tehokkaiksi.
Polkupyörät ratkaisevat tämän ongelman vaihteiden avulla. Nopeuden kasvaessa voit vaihtaa suuremmalle vaihteelle, jolloin lihakset voivat ylläpitää tasaista rytmiä jopa pyörän kiihtyessä. Tämä antaa lihaksille mahdollisuuden toimia optimaalisella alueella: ne tuottavat voimaa kuluttamatta ylimääräistä energiaa. Se on kuin henkilökohtainen avustaja, joka säätää ponnistelujasi reaaliajassa, jotta työskentelet aina maksimaalisen tehokkuuden alueella.
Joskus on parempi kävellä
Vaikka polkupyörä on uskomattoman tehokas, se ei aina ole edullinen vaihtoehto.
Erittäin jyrkillä rinteillä – joiden kaltevuus on yli 15 % (eli 1,5 metrin nousu jokaista 10 metrin matkaa kohti) – jalkojesi on vaikea tuottaa riittävästi voimaa polkimien pyörimiseen. Tällaisissa tilanteissa lihaksemme toimivat tehokkaammin, kun ne työntävät suoraan, esimerkiksi kävellessä tai mäkeä ylös noustessa, joten on parempi jättää polkupyörä sivuun.
Loppujen lopuksi, vaikka Everestille rakennettaisiin teitä, kukaan ei ajaisi siellä polkupyörällä.
Laskuissa tilanne on päinvastainen. Polkimien pyörittäminen alamäessä on helpompaa, eikä se vaadi juuri lainkaan voimaa, mutta kävely jyrkillä rinteillä voi olla vaikeampaa.
Kun kaltevuus on yli 10 % (eli korkeusero on yksi metri jokaista kymmentä askelta kohti), jokainen askel aiheuttaa voimakkaita iskuja, jotka johtavat energian menetykseen ja lisäävät nivelten kuormitusta. Kävely tai juokseminen alamäessä ei aina ole niin helppoa kuin miltä näyttää.
Paljon enemmän kuin vain kulkuväline
Luvut puhuvat puolestaan: pyöräily voi olla vähintään neljä kertaa tehokkaampaa kuin kävely ja jopa kahdeksan kertaa tehokkaampaa kuin juokseminen. Tämä tehokkuus saavutetaan vähentämällä kolmea pääasiallista energianhukkaa: raajojen liikettä, iskua maahan ja lihasten luonnollisia nopeusrajoituksia.
Joten seuraavan kerran, kun ohitat helposti jalankulkijat matkalla töihin, arvioi hetken ajan jalkojesi alla olevan biomekaniikan ihme. Polkupyörä ei ole vain liikenneväline: se on tarkasti säädetty mekanismi, joka toimii harmoniassa kehosi kanssa ja muuntaa lihasten voiman tehokkaaksi liikkeeksi.
