ロードバイクの力学

はじめに

ロードバイクで速く、遠く、長く走るために、ケイデンスやスピード、W(ワット)などの色々な指標を聞いたことがあると思います。ところが、この指標がそれどれどういう関係になっているのわからずにいる人も多いと思います。そこで、このページではロードバイクのケイデンスやスピード、W(ワット）の関係を理解できるように説明したいと思います。

きっと効率的なライドにお手伝いできるかもしれません。

速度とケイデンスの関係

自電車が進む速度は後輪のタイヤの外周の速度と同じです。これがずれていると滑っていることになります。(厳密にはわずかに滑っていますが・・・ここでは無視します)

タイヤ外周の速度=タイヤの外周×後輪の回転速度できまります

タイヤの外周は直径×πで求まります。

後輪の回転速度=ケイデンス×ギア比です。ギア比は、チェーンリングの歯数÷スプロケットの歯数です。

まとめると、速度=ケイデンス×(スプロケットの歯数÷チェーンリングの歯数)×(直径×π)でも求まります。

つまり、ロードバイクのスピードはギア比とケイデンスで決まるということです。よくよく考えるとそらそうかと。ただ、間隔的には強く踏み込むとスピード上がるじゃんと思う方もいるかと思いますが、これは強く踏むことで回転数を上げているだけなんです。

W(ワット)の正体

W(ワット)について、自転車ではW(ワット)で管理することが早く遠くに行くためのコツです。私は最初は疑問に思っていました。速度で管理したらいいじゃんと。

平坦・無風の理想的な環境であれば、速度管理でも問題無いと思います。しかし、そんな理想的な道はありません。

登りや向かい風でも速度を一定に管理しようすると、当然ペダルを踏む力が増えWが増えます。つまり、疲れます。

W(ワット)とは、

W＝J(ジュール)/s＝N・ｍ/s=Fpedal×Lcrank×Cadenceとなります。つまりWは、ペダルを踏む力×クランク長×ケイデンスとなります。

このペダルを踏む力は、坂の勾配、空気抵抗、加速による慣性力、転がり抵抗などにより変わります。それぞれの関係を計算します。

結論から、ロードバイクが一定の速度で走るために必要なパワー P （ワット）は、主に空気抵抗、転がり抵抗、登坂抵抗、機械損失の合計となります。ロードバイクの走行に必要な全パワーの式は以下のようになります。

よくわからないって人のために、自動計算できるようにしておきました。

詳細は下の式を参照。それぞれ力Fとして出していますので、これに速度vを掛けると上の式になります。

スピードとケイデンスの目安

同じ速度でも、重たいギアでゆっくり回す、軽いギアで早く回すだと疲労する場所が変わります。

重たいギアだと、足の筋疲労→回復が遅くその日に回復しきりません。足が重くなっていきます。ロングライドだと終盤に足が吊ったり、力が入らなくなり漕げなくなります。

軽いギアだと、心肺に負担→回復はしますが、疲れて心拍数が上がり息が上がりますので、継続し続けるには難しいので、休憩が必要になります。早すぎると息が苦しくなって維持できません。

一般に、ホビーライダーでロングライドをするのであれば、ケイデンス85ぐらい心肺機能の効率が最もよく疲れにくいですが、足の筋疲労を考えてケイデンス90ぐらいで回すのが良いです。息が上がり疲れますが、終盤や登りで漕げなくなるより良いと思います。まずは、それで150Wぐらいを目安にされるのが良いかと思います。

パワーウェイトレシオ

Wについて話してきましたが、そうなるとこう思うはずです。体重重たい人の方が力があるのでWが出るはず。だから、速いのでは？

実はFTP(Functional Threshold Power)値というのがあります。

というのは、体重が軽かった同じWでも速く進みます。重ければ遅くなります。というようにW÷体重であらわそうとしたものがFTPです。

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