같은 거리를 달리는 것이 자전거를 타는 것보다 더 지치는 이유는 무엇일까? 우리는 1킬로미터를 달리는 것이 에너지를 소모하는 것처럼 느껴지는데, 자전거를 타는 것은 매우 쉬운 일처럼 느껴집니다. 이 두 가지 운동의 최종 결과는 모두 몸을 같은 거리로 이동시키는 것이고, 사용되는 에너지도 주로 두 다리에 의해 제공됩니다. 자전거는 아무런 작업도 하지 않지만, 운동자의 추가 무게를 증가시킵니다. 그럼에도 불구하고 달리는 것이 자전거를 타는 것보다 더 지치는 이유는 무엇일까요?
일부 사람들은 평평한 지면에서 같은 경로를 따라 자전거를 타고 달리는 두 경우에서 '이동시키는 질량'에 대한 총 작업(또는 소모된 에너지)이 같다고 주장합니다. 하지만 이는 사실이 아닙니다. 작업은 질량을 이동시키는 것이 아니고, 물리학자들이 소음이라고 부르는 풍력과 마찰 등의 저항을 극복하는 것입ей.
달리는 것과 자전거를 타는 것의 물리적 의미를 이해하기 위해 우리는 두 가지 반정량적 추정을 하십시오. 측정에 따르면, 상당히 가벼운 자전거를 사용하여 일정한 속도로 달리려면 � 회전축의 마찰을 극복하는 데 약 1N의 힘이 필요하고, 타이어의 회전 마찰을 극복하는 데 약 2N의 힘이 필요합니다. 8km/h의 속도로 달리는 경우, 풍력 저항도 약 1N입니다. 따라서 이러한 '소음'을 극복하는 총 력은 약 4N이며, 1킬로미터를 달리는 데 필요한 총 작업은 약 4,000J입니다. 만약 속도가 2배로 증가한다면(16km/h), 풍력 저항은 4배로 증가하며, 총 작업은 약 7,000J가 됩니다. 만약 속도가 3배로 증가한다면(24km/h), 풍력 저항은 9N로 증가하며, 1킬로미터를 달리는 데 필요한 총 작업은 약 12,000J가 됩니다.
달리는 것은 조금 더 복잡합니다. 적어도 두 가지 주요 운동이 있습니다. 인체의 수평 운동과 달리는 동안 운동자의 질心的수직 점핑입니다. 후자가 달리는 사람들의 에너지를 대부분 소모시킵니다. 70kg의 운동자가 약 15cm를 점핑하면, 한 번의 점핑당 약 100J의 에너지가 소모됩니다. 이 에너지는 결국 지면에 撞기에 의해 열과 소리로 전환됩니다. 925번의 한 단계로 추정하면, 지면에 撞기에 사용된 총 에너지는 92,500J가 됩니다. 이는 자전거를 타는 것보다 분명히 더 많습니다.
우리는 또 다른 관점에서 살펴볼 수 있습니다. 두 가지 운동 모두 운동자의 유산소 호흡으로 인해 에너지를 소모합니다. 운동 생리학자들에 의해 추정된 바에 따르면, 달리는 것은 260,000J/km의 에너지를 소모하는데, 이는 외부 '소음'을 극복하는 데 소모된 에너지의 거의 3배입니다! 추가적인 에너지는 운동자 내부의 '마찰'을 극복하는 데 사용되는데, 달리는 동안 땀을 흘리는 것은 많은 열을 생성하며, 달리는 사람들은 더운 느낌을 받습니다. 반면에 자전거를 타는 것은 이 에너지를 거의 소모하지 않습니다. 8km/h의 속도로 자전거를 타면, 자전거 운동자는 대략 매분 32번의 페달을 밟습니다(周期), 이는 일반 보행자의 한 단계와 비슷합니다. 자전거 운동자는 다리를 사용하여 페달을 踩는 것 외에는 몸의 다른 부위를 사용하지 않습니다. 만약 자전거와 도로의 상태가 좋다면, 자전거 운동자는 보행자의 약 1/10의 에너지만 소모합니다. 위의 추정 및 실험은 자전거를 타는 것이 달리는 것보다 분명히 더 쉽다는 것을 보여줍니다.