Fahrradfahren spart keine Energie. Warum ist es trotzdem weniger anstrengend als zu Fuß zu gehen?

Ist es einfacher zu Fuß zu gehen oder Fahrrad zu fahren? Natürlich durch Fahrradfahren, sonst hat die Existenz eines Fahrrads keinen Wert.

Obwohl ein Fahrrad ein einfaches Fortbewegungsmittel ist und sein Aufbau nicht kompliziert ist, sind viele physikalische Prinzipien damit verbunden. Wir alle wissen, dass Hebel in kraftsparende Hebel und kraftintensive Hebel unterteilt werden können, und ein Fahrrad ist ein typischer kraftintensiver Hebel. Lassen Sie sich jedoch nicht von der Bezeichnung „Anstrengungshebel“ verwirren. Kraftaufwand bedeutet nicht, dass es wirklich mühsam ist. Der sogenannte Krafthebel bedeutet, dass unter der Bedingung des Hebelgleichgewichts die Kraft größer als der Widerstand und der Kraftarm kleiner als der Widerstandsarm ist. Da die Kraft multipliziert mit dem Kraftarm gleich dem Widerstand multipliziert mit dem Widerstandsarm ist, scheint der Krafthebel mehr Kraftaufwand zu erfordern, spart aber tatsächlich Distanz und damit letztlich Kraftaufwand. Konkret ist bei Fahrrädern das Antriebsrad größer als das angetriebene Rad, also das Kettenblatt am Pedal größer als das Schwungrad am Hinterrad, um eine Geschwindigkeitssteigerung zu erreichen.

Mit Hilfe des Fahrrads, einem arbeitsintensiven Hebel, können wir in der gleichen Zeit eine größere Entfernung zurücklegen und so Kraft sparen. Die kraftsparenden Vorteile eines Fahrrads beschränken sich jedoch nicht darauf. Selbst wenn wir die Entfernung außer Acht lassen und nur die Zeit berücksichtigen, ist Fahrradfahren immer noch weniger anstrengend als Gehen. Mit anderen Worten: Eine Stunde zu Fuß zu gehen ist anstrengender, als in derselben Stunde eine Stunde mit dem Fahrrad zu fahren. Warum ist das so?

Dies ist eigentlich eine ziemlich rätselhafte Sache, da es für keine Maschine möglich ist, „Strom zu sparen“, sie kann nur noch mehr Strom verschwenden. Fahrräder sind da keine Ausnahme. Da Fahrräder keine Energie sparen, kann das Fahrradfahren bei gleicher Zeit nicht weniger anstrengend sein als das Gehen. Offensichtlich stimmen die theoretischen Ergebnisse nicht mit der tatsächlichen Situation überein, was zeigt, dass einige Probleme übersehen wurden.

Aus einer Makroperspektive erfordert Gehen zwar weniger Energie als Radfahren, aber der menschliche Körper selbst ist auch eine Maschine, die an Orten arbeitet, die wir nicht sehen können.

Arbeit ist der Prozess der Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere, der erfordert, dass sich das Objekt in Richtung der Kraft bewegt. Nach der Definition von Arbeit ist das Tragen eines Eimers Wasser in den zweiten Stock Arbeit, während das Tragen eines Eimers Wasser über zwei Kilometer keine Arbeit ist. Da die Kraft beim Anheben der Schaufel nach oben gerichtet ist, bewegt sich erstere eine Strecke in Kraftrichtung, letztere hingegen nicht. Diese Schlussfolgerung ist nicht falsch, basiert aber auch auf einer Makroperspektive. Tatsächlich ist das Tragen eines Eimers Wasser und das Vorwärtsgehen keine Anstrengung, aber dennoch sehr anstrengend. Warum? Denn obwohl wir an der Oberfläche möglicherweise keine Arbeit verrichten, arbeiten die Muskeln in unserem Körper tatsächlich ständig.

Um den Eimer anzuheben, gleiten die dünnen Fasern im menschlichen Arm ständig auf den dicken Fasern, und dieses Gleiten wird durch die „Querbrücke“ auf den dünnen Fasern angetrieben, sodass die Person oberflächlich betrachtet keine Arbeit verrichtet, die „Querbrücke“ im menschlichen Körper jedoch tatsächlich ständig Arbeit verrichtet.

Um eine Haltung beizubehalten, müssen sich die Menschen auf die Muskeln ihres Körpers verlassen. Verschiedene Körperhaltungen mobilisieren unterschiedliche Muskeln. Beim Gehen stehen wir, beim Fahrradfahren sitzen wir. Offensichtlich erfordert das Stehen die Mobilisierung größerer Muskeln als das Sitzen, daher ist Stehen anstrengender als Sitzen und Gehen ist natürlich anstrengender als Radfahren. Zusätzlich zu der zusätzlichen Energie, die Sie durch Ihre Haltung verschwenden, verbrauchen Sie beim Gehen auch zusätzliche Energie, um gegen die Schwerkraft anzukämpfen. Beim Fahren auf einer geraden Straße müssen wir nicht gegen die Schwerkraft ankämpfen, da sich das Fahrrad immer vorwärts bewegt und nicht entgegen der Schwerkraft, also nach oben. Beim Gehen ist das jedoch anders.

Wenn eine Person aufrecht mit geschlossenen Beinen steht, ist ihre vertikale Körpergröße am höchsten und auch ihr Schwerpunkt liegt am höchsten.

Wenn eine Person ihre Beine spreizt und sich vorwärts bewegt, verringert sich ihre vertikale Körpergröße und damit auch ihr Schwerpunkt. Beim Gehen handelt es sich im Wesentlichen um den Vorgang, bei dem eine Person zunächst die Beine geschlossen hält, dann auseinander geht und dann wieder zurück zur geschlossenen Position. Während dieses Vorgangs bewegt sich der Schwerpunkt des menschlichen Körpers kontinuierlich auf und ab. Wenn sich der Schwerpunkt von unten nach oben verlagert, müssen die Menschen Arbeit verrichten, um die Schwerkraft zu überwinden, was zusätzliche Anstrengung erfordert. Dies ist einer der Gründe, warum Gehen anstrengender ist als Fahrradfahren. Ist das alles? Natürlich nicht. Es gibt einen dritten Grund, warum Gehen anstrengender ist als Radfahren.

Mit dem Fahrrad können Sie sich mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegen, zu Fuß können Sie jedoch nicht gehen.

Aus einer Makroperspektive kann Gehen tatsächlich eine gleichförmige Bewegung sein, aber wenn wir den Gehvorgang aufschlüsseln, sieht es anders aus. Bei jedem Schritt, den wir machen, ändert sich die Geschwindigkeit. Wenn unser Fuß einfach auf dem Boden landet und sich abstößt, ist die Geschwindigkeit am höchsten. Anschließend nimmt die Geschwindigkeit ab, bis der andere Fuß auf dem Boden landet und sich abstößt, und dann wird wieder beschleunigt. Oberflächlich betrachtet scheint es sich beim Gehen also um eine gleichförmige Bewegung zu handeln, tatsächlich handelt es sich jedoch um eine beschleunigte Bewegung, und zwar eine wiederholte beschleunigte Bewegung. Wir alle wissen, dass es mehr Energie erfordert, einen Gegenstand zu beschleunigen, daher erfordert das Gehen natürlich mehr Anstrengung. Mittlerweile wissen wir, dass Fahrradfahren zwar keine Energie spart, Gehen jedoch viel zusätzliche Energie erfordert, die für andere Dinge aufgewendet werden muss, sodass es anstrengender erscheint.

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