안녕하세요, 수원에 사는 용용입니다. 예전부터 궁금했던 점인데요. 갑자기 생각나서 질문 드립니다. 제가 가지고 있는 자전거에서 1) 앞 뒤 기어 그대로 2) 엔진(즉, 저의 힘)도 그대로 하고 바퀴의 크기만 줄이면 자전거의 속도에 변화가 있나요, 그대로인가요? 아니면 동일한 거리를 동일한 속도로 갈려면 어느 한 쪽이 힘이 더 드나요, 동일한가요? 제 지인은 바퀴 크기는 아무 상관 없다고 하던데... 또 제 자전거 같은 MTB보단 미니벨로급의 자전거가 훨씬 빠르다고 하는데... 기어랑 사람의 힘이 동일할 경우 바퀴의 크기가 어떤 영향을 주는지 알고 싶습니다.^^
바퀴 둘레가 1m 인 자전거에서 같은 기어로 밟아 1회전 전진하는데 드는 힘을 1P 라고 하면 바퀴 둘레가 0.5m 인 자전거에서 같은 기어로 1회전 전진하는데 드는 힘은 얼마일까요. 0.5p 겠죠.
다르게 말하면, 바퀴가 더 크다면 페달 한번 밟는데 드는 힘은 더 들고,
한 바퀴가 돌았을때 가는 거리는 더 멀 겁니다.
같은 엔진을 가진 사람의 경우 기어가 높은 걸 쓸때와 작은 걸 쓸때 중 어느쪽이
더 빠를까요와 비슷한 질문이 될 것 같습니다.
걍 정답은 그 기어비가 작은바퀴에서 편하게 밟을만하냐 큰 바퀴에서 편하게 밟을만하냐에 따라 편한쪽이 더 빠릅니다.
여기까지는 동일하네요.
바퀴가 돌아가는 속도가 일정할 때, 바퀴의 중심으로부터 지면에 닿는 부분까지의 거리가 속도에 영향을 미칩니다. 이것이 원의 반지름 되겠습니다.
여기에 우리가 중고딩때 배우던 원주 즉 원의 둘레를 구하는 공식을 대입해보면 알죠.
2*파이*r (반지름) = 원의 둘레 또는 바퀴의 길이, 줄자로 바퀴의 둘레를 재면 비슷합니다.
반지름이 클수록 앞으로 나아가는 거리가 틀려집니다.
바퀴가 똑같이 한바퀴를 돌면, 반지름이 큰 바퀴가 더 멀리 가겠죠~
미니벨로가 빠르다고 한 이유는, 미니 스프린터 등을 예로 든 것 같은데,
일반적으로 타이어의 종류에 따라 지면과의 마찰력 차이로 인해 속도차가 나기는 합니다.
같은 MTB의 타이어를 산악용에서 도로용(대머리)으로 바꾸면 약 5km/h 정도 속도가 향상되는 것을 느낄 수 있습니다.
크랭크축의 기어 하나
뒷허브의 기어 하나
뒷바퀴 자체도 기어.......
뒷기어에다가 뒷바퀴 크기를 포함해서도 볼 수 있지만....객관적으로 분리시켜서 놓고 보면....
기어 3개 짜리로 보시면 되겠죠....
그러니 바퀴크기에 따라 최종 기억의 변속비가 달라지는거죠.
자동차의 예를 들면....최고속도는 .. 일단은...최대 파워에 따라 최고속도가 결정되므로
바퀴 크기에 따라 속도가 차이난다고 볼 수는 없습니다. (타이어 특성, 바퀴특성은 무시하고 바퀴 크기만 본다면)....
대신 바퀴크기가 바뀜에 따라.....앞기어, 뒷기어의 조건은 서로 달라지겠죠...
그리고 그들의 조합이......그 엔진(사람 다리)가 최고 출력을 내기위해 적절한 조합이어야겠죠.
그 기어를 구성하는게 3가지 이상의 요건이 있고 그중 하나가 바퀴라고 보시면 될듯.
한 10km를 달린다고 생각했을 때, 큰 바퀴가 아무래도 빨리 도착할 것 같은데요...
별 차이 없겠습니까?
(설명을 친절히 잘들 해주셔서 감사한데, 그래도 좀 이해가 잘 안되네요.ㅠㅠ)
아무래도..같은 회전수에서 더 멀리 가니깐.......
이라고 생각하셨는데...같은 회전수에.....바퀴가 커지는데....같은 회전수를 유지하려면....
다리는 더 큰 토크(크랭크에게는 토크이겠지만, 실제로는 다리로 페달을 밟는 힘)이 요구되죠....
그러면......엔진(다리)가 더 많은 일을 한다는 얘기가 되죠.....
그게 가능하다면 더 빨리 도착하겠지만....
작은 바퀴로 더 빠르게 돌려도 가능한 얘기죠...
이것은 결국 기준틀이 변하지 않고 이상적이라면(불필요한 에너지 손실이 없다는 가정) 둘다 같은거리를 가려면 같은 힘이 든다는 이야기 입니다.
사람도.....페달 밟는게...분당 몇십회.....뭐 이런 최적의 조건이 있습니다...
그 조건을 벗어나면.....힘들어지니깐 기어 조작이 필요하죠.....
힘(토크)을 변화하기 위한게 기어(지레)입니다.
그 힘을 다리가 내는..다리가 부하로 느끼는 힘을 조절하기 위해서 ... 기어를 쓰는거죠....
바퀴도 고정된 비율의 기어라고 볼 수 있구요.......
예전에 전기자전거 개발하신 중앙대 교수님말씀이
26인치 바퀴를 구동할 토크를 내려니 모터 등이 너무 커져서
앞바퀴는 그대로 두고 뒷바퀴만 작은 녀석으로 교체해서 해결했다고 하셨죠..
자전거생활에서 봤던 것 같습니다.