자전거 기어비를 바꾸면 왜 같은 힘으로 더 쉽게 가나요?

Question

자전거의 기어비를 바꾸면 같은 힘으로도 오르막을 올라가기 쉬워지는 이유가 궁금합니다. 기어의 톱니 수와 토크, 회전속도가 어떤 관계를 가지고 있으며 자동차 변속기와는 어떤 차이가 있는지도 알고 싶습니다

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

기어비의 원리는 힘과 속도를 맞바꾸는 거래예요. 페달 쪽 톱니가 크고 뒷바퀴 쪽 톱니가 작으면 페달 한 바퀴에 바퀴가 여러 바퀴 돌아서 빠르지만 무겁고, 반대로 뒷 바퀴 쪽 톱니를 큰 걸로 바꾸면 페달 한 바퀴에 바퀴가 조금만 돌아요. 대신 같은 페달 힘이 바퀴에는 훨씬 큰 돌림힘, 즉 토크로 전달돼요. 오르막에서 저단 기어가 편한 게 이때문이에요. 속도를 포기하고 힘을 얻은거죠 +_+

지렛대도 비슷한데, 긴 지렛대로 무거운 돌을 들면 힘은 덜 들지만 손을 크게 움직여야 하잖아요. 저단 기어도 페달을 더 많이 돌리는 대신 한 번 밟는 힘을 줄여주는 거죠

자동차 변속기도 개념은 같은데 방식이 달라요. 자전거는 체인을 다른 톱니로 옮겨거는 구조고, 자동차는 맞물린 기어쌍 자체를 바꾸는 구조라 힘 전달 효율과 내구성이 높아요. 엔진이 힘을 잘 내는 회전수 구간이 좁아서 변속이 필수라는 점도 사람 다리와 비슷하죠 :)