自転車の速度は、ギア比・ケイデンス・タイヤ外周が分かれば理論上の値を計算できます。今回は式を分解し、実際に数字を代入して比較します。
筆者は自転車の専門家や競技経験者ではなく、自転車を楽しみながら勉強している初心者です。初心者として気になった疑問を、公開情報、物理的な関係、計算式に基づいて可能な限り正確に検証します。
速度を決める3つの数字
理論速度を求める基本要素は、前後ギアの歯数から求めるギア比、1分間のクランク回転数であるケイデンス、タイヤが1回転して進む距離であるタイヤ外周です。
ギア比 = フロント歯数 ÷ リア歯数
ホイール回転数(rpm) = ケイデンス × ギア比
速度(km/h) = ケイデンス × ギア比 × タイヤ外周(m) × 60 ÷ 100040T×11T、外周2.14mで計算
40T÷11T=3.636。ケイデンス90rpmなら、90×3.636×2.14×60÷1000 ≒ 42.0km/hです。
| ケイデンス | 40T×11T | 理論速度 |
|---|---|---|
| 60rpm | 3.636 | 約28.0km/h |
| 80rpm | 3.636 | 約37.4km/h |
| 90rpm | 3.636 | 約42.0km/h |
| 100rpm | 3.636 | 約46.7km/h |
チェーンリングを変えるとどうなる？
リア11T、90rpm、外周2.14mを一定とすると、40Tは約42.0km/h、46Tは約48.3km/h、50Tは約52.5km/hです。歯数を増やすほど同じケイデンスでの理論速度は上がります。
| フロント | ギア比 | 90rpmの理論速度 |
|---|---|---|
| 40T | 3.636 | 約42.0km/h |
| 46T | 4.182 | 約48.3km/h |
| 50T | 4.545 | 約52.5km/h |
タイヤ外周も速度に影響する
同じギア比・ケイデンスでも、外周が大きければ1回転で進む距離が長くなります。たとえば40T×11T・90rpmで外周2.10mなら約41.2km/h、2.14mなら約42.0km/h、2.20mなら約43.2km/hです。
ここで求めたのは駆動系から決まる理論速度です。その速度を実際に維持できるという意味ではありません。速度が上がるほど空気抵抗が急増し、必要出力も大きくなります。
逆算すれば必要ケイデンスも分かる
速度からケイデンスを求める場合は式を変形します。
ケイデンス(rpm) = 速度(km/h) × 1000 ÷ 60 ÷ ギア比 ÷ タイヤ外周(m)40T×11T、外周2.14mで30km/hなら約64rpm、40km/hなら約86rpm、50km/hなら約107rpmです。
理論値と実走値は分けて考える
この単純計算では、タイヤ外周を一定、タイヤの変形や駆動損失を無視し、ケイデンスが一定であると仮定しています。実走では乗り手の出力、空気抵抗とCdA、向かい風・追い風、路面、タイヤと空気圧、勾配、姿勢、駆動損失などが影響します。特に高速域では「そのギアで何km/hになるか」と「その速度を出すだけの出力があるか」は別問題です。
まとめ
自転車の理論速度は「ケイデンス×ギア比×タイヤ外周×60÷1000」で計算できます。ギア比を大きくする、ケイデンスを上げる、外周を大きくするほど計算上の速度は上がります。ただし実際の最高速度や巡航速度を考えるには、空気抵抗や転がり抵抗、勾配と必要出力まで合わせて考える必要があります。
