Pourquoi courir sur la même distance est-il plus fatigant que de faire du vélo ? Nous nous sentons épuisés après avoir couru un kilomètre, mais cela nous semble être une tâche facile si nous passons à la bicyclette. Les deux activités consistent à déplacer le corps sur la même distance, et elles nécessitent toutes deux de l'énergie (principalement fournie par les jambes). Le vélo ne fournit pas d'énergie, mais il augmente la masse inertielle du cycliste. Pourtant, nous trouvons la course beaucoup plus fatigante que le vélo. Pourquoi donc ?
Certains affirment que le travail total (ou l'énergie dépensée) nécessaire pour déplacer la masse dans les deux cas est le même, que ce soit en vélo ou en courant sur une route horizontale. Cette affirmation n'est pas tout à fait correcte. En effet, le travail effectué ne consiste pas à déplacer la masse, mais à surmonter ce que les physiciens appellent les « forces dissipatives », telles que le vent et la friction.
Pour comprendre les implications physiques du vélo et de la course, effectuons deux estimations semi-quantitatives. Les mesures montrent qu'un vélo assez léger, roulant à vitesse constante, nécessite une force d'environ 1 Newton pour surmonter la friction de l'essieu, et environ 2 Newton pour surmonter la friction de roulement des pneus. À 8 km/h, la résistance du vent est également d'environ 1 Newton. Ainsi, le travail total nécessaire pour surmonter ces « forces dissipatives » est d'environ 4 Newton. Pour un kilomètre, le travail total nécessaire est d'environ 4 000 joules. Si la vitesse est doublée (soit 16 km/h), la résistance du vent sera quatre fois plus importante, et le travail total nécessaire sera d'environ 7 000 joules. Si la vitesse est doublée encore (soit 24 km/h), la résistance du vent atteindra 9 Newton, et le travail total nécessaire pour un kilomètre sera d'environ 12 000 joules.
La situation est plus complexe pour la course, qui comprend au moins deux mouvements principaux : le mouvement horizontal du corps, et le saut vertical du centre de gravité à chaque foulée. C'est ce dernier qui consomme une grande partie de l'énergie du coureur. Pour un coureur de 70 kg, si le saut vertical à chaque foulée est d'environ 15 cm, l'énergie dépensée par foulée est d'environ 100 joules. Cette énergie est finalement convertie en chaleur et en sons lorsque le pied touche le sol. En supposant 925 foulées par kilomètre, l'énergie totale dépensée lorsque le pied touche le sol est d'environ 92 500 joules. Comparé au travail total nécessaire pour faire du vélo, la différence est évidente.
Nous pouvons également examiner la question sous un autre angle : le travail effectué par les deux activités provient de la consommation d'énergie aérobique par le sportif. Selon les physiologues du sport, la consommation d'énergie pendant la course est d'environ 260 000 joules par kilomètre, soit près de trois fois plus que l'énergie nécessaire pour surmonter les « forces dissipatives » ! Cette énergie supplémentaire est utilisée pour surmonter les « forces de friction » internes au corps, telles que la transpiration lors de la course, qui indique que le corps produit une grande quantité de chaleur, si bien que le coureur se sent de plus en plus chaud et transpire abondamment. En revanche, faire du vélo consomme très peu d'énergie de ce type. À 8 km/h, le cycliste pédale environ 32 fois par minute (en moyenne), ce qui est comparable à la fréquence des foulées d'un marcheur ordinaire, et le cycliste ne fait que pédaler de façon cyclique sans bouger beaucoup le haut du corps. Si la moto et la route sont en bon état, sa consommation d'énergie aérobique n'est que légèrement supérieure à celle d'un marcheur, et elle est même inférieure à un dixième de celle d'un coureur.
Les estimations et les mesures ci-dessus montrent que faire du vélo sur la même distance est effectivement beaucoup moins fatigant que de courir.