自転車の出力アップの秘訣
自転車の速度から出力を求める式は良く見掛ける。
平地、登坂、向かい風、、、、その条件での速度から計算する奴だ。
それとは別に、動力側から考えるとどうなるか？
これは、ペダルを踏む力から考えてみる事も出来る。
ペダルを踏む力というと、踏み方的には基本的に2パターンである。
一つは体重をペダルに交互に載せる方法、もう一つは脚の屈伸の筋力による方法だ。
まぁ、どっちにしろ、ペダルを踏む力が基準である。
因みに、一番判りやすいのが、自転車に乗る時、加速する時本能的に取る姿勢、つまり立ち漕ぎだけど、立ち漕ぎの状態はどういう状態か？というと、ペダルに体重を交互に載せて漕ぐ訳だ。この立ち漕ぎ状態というのは体重によってペダルを踏んでいる状態であり、この時の出力、トルクは如何ほどか？を考えてみる。
ペダルに掛かる力は全体重だ。体重が75kg、クランク長が170mmだとすれば、そのトルク値は、トルク[N･m]＝体重[kg]×9.80665×クランク長[mm]÷1000だから、75×9.80665×170÷1000≒125[N･m]となる。これが駆動トルクである。
ただ、これは、クランク角90°（水平時）における最大値である。この力がずっと掛かっている訳ではない。クランク一周で平均的に如何ほどのトルクが掛かっているか？というと、クランク角0°が最小、クランク角90°が最大、クランク角180°が最小となりクランクを回す力はサインカーブとなって増減している。
平均的には、どの程度の力が掛かっているか？とういと、正弦波形の定積分で0〜180°の値が2ということは、平均すると2÷3.14だから大凡最大値の0.64倍が持続的に掛かっていると見なす事も出来る。
つまり、瞬間最大値が125[N･m]ならば、125×0.64≒80[N･m]程となる。
因みに、馬力というのは、馬力[kW]＝2π×ケイデンス[rpm]÷60×トルク[N･m]、馬力[PS]＝馬力[kW]×1.36だから、ケイデンス90[rpm]で立ち漕ぎ出来たとして2×3.14×90÷60×80≒754[W]≒1[PS]になる訳だ。
ただ、現実的に立ち漕ぎでケイデンス90[rpm]という状態は実現出来るモノではない。
体重を交互に載せるような立ち漕ぎが続ける事が出来るというのは坂道でケイデンスで言えば、精々20[rpm]程度である。つまり、一般的には2×3.14×20÷60×80≒167[W]≒0.23[PS]程度のモノである。
立ち漕ぎで体重を交互に載せるような漕ぎ方というのは、或る意味不可能。
となると、実際はどんな漕ぎ方か？というと、尻を固定して脚の屈伸運動による筋力による漕ぎ方が基本ということになる。
その場合、実際には、どのくらいの力でペダルが踏まれているか？というのを逆算してみることにする。
競技中継で最近はリアルタイムで選手の発生出力を表示する事が少なく無いけど、そういう時に見掛ける数値は概ね500W近辺の事が多い。
この500Wという出力は、ケイデンス90[rpm]でペダリングしている場合、ペダルを踏む力がどのくらいの大きさか？というと、500×60÷90÷3.14÷2＝53[N･m]ということ。平均値がこの値だとすれば、最大値としては83[N･m]ということ。
クランク長170mmのクランクで生み出されるトルクが83[N･m]ということならば、ペダルに掛かっている力は、83×1000÷170÷9.80665≒50[kgf]ということになる。
クランクを踏む力は50[kgf]ということである。この力は結構大きな力である。
因みに、人の生み出す脚の屈伸による力の目安は、スクワットの回数等から大雑把に求める事が出来る。初級者から上級者によって様々だけど、スクワットの重量は、大抵は体重×0.8〜1.8程度、スクワットの場合、上半身の自重も掛かるので脚に掛かる重量は体重の半分程度が掛かると見積もると体重×1.3〜2.3程度となる。これは両脚となるから片足で出せる最大値は1/2だから体重の0.7〜1.2倍程度、ザックリ言って体重分が脚が短時間に発揮出来る力といえる。スクワットでの評価は大抵10Rep続ける事の出来る数値。10Rep負荷は1Repの80％程度の事が多い。20Rep以上の場合、筋力実効値は最大出力の60〜70％程度である。
ペダリングのような連続運動ならば、最大値の60〜70％程度となる、つまり体重の6割程度の筋力なら、時折抜く事で長時間発揮する事も出来る訳だ。
体重が75kgならば、維持可能な脚力というのは、60〜70％ならば45〜52.5kgf、まぁ大雑把に言って50kgfの最大値を発生出来ると言う事である。
勿論、体脂肪率を絞り骨格筋率を上げれば低体重で大きな力が得られるのは言うまでもない。そして、持久力を高めれば、最大出力から持続可能な出力の抽出率を高くする事が出来るのも言うまでもない事実だろう。
ただ、一般的には体組成が普通であれば体重が大きいほど筋量も多いので、その分、発生可能な最大筋力、持続可能な筋力も大きくなるのである。
体重75kgでしっかり絞った身体であればペダルを踏む力の最大値として50kgfを持続可能ということになる。そして、それであれば出力で500Wを維持出来るということでもある。
因みに、自転車のペダリング力を体重に依存せず、脚力に任せて得る場合、大事なのは力の支点である尻の固定である。脚という重量物を高速で移動する。それで力を無駄なくペダルに伝えようとすれば、尻を如何に固定するか？が重要なのである。
尻の固定を確実にするためには、スムーズなペダリングを行う事、路面からの外乱を含め様々な要素によっても尻の位置が乱れない固定する力が重要なのは言うまでもない。支点となる腰の位置を完全に固定するためには、上体が腰を安定する位置を保てるような姿勢を造り出し、それを保つ事が不可欠と言える。
脚力の上限値が体格、体重でほぼ決まってくると、出力を高めるには如何にケイデンスを高める事が出来るか？であるが、回転数を高くするほど、重量物の高速運動による振動、捻れ、アンバランスによるロスが生まれてくる。それを如何に封じ込める事が出来るかが出力を高める上で欠かせない取り組みとなるわけである。
よく、ヒルクライムでは軽い体重が有利という話も聞くけど、単に軽いだけではダメで、同じ人間が、筋肉量を維持した上で、如何に無駄な脂肪を削ぎ落としているか？が大事と解釈する方が自然とも言える。
骨格筋率を高め、筋持久力を高め、連続運動でも発揮出来る出力率を高めるというのが何よりも重要で、更には、回転を阻害させないスムーズなペダリングと、腰を安定させる体幹の保持力こそが出力向上には必要不可欠ということである。