Prosta maszyna bez silnika. Dzięki niej człowiek najefektywniejszy w świecie zwierząt

2 godzin temu

Gdy popatrzeć na energię, jaką zużywamy, by chodzić lub biegać, okazuje się, iż na tle innych zwierząt ludzie nie są rekordzistami energooszczędności. Jednak dzięki prostej, napędzanej siłą mięśni maszynie możemy stać się – przynajmniej jeżeli chodzi o przemieszczanie się – najbardziej wydajnymi istotami zamieszkującymi naszą planetę. Ta sama maszyna może dziś pomóc nam poradzić sobie z rosnącymi z powodu wojny na Bliskim Wschodzie cenami paliw.

Być może kojarzą Państwo amerykański popularnonaukowy miesięcznik Scientific American (jego polską edycją jest „Świat Nauki”). Całkiem niedawno, z okazji 180-tych urodzin czasopisma, jego redakcja przypomniała pewien krótki artykuł, który oryginalnie opublikowany został w Scientific American w roku 1973.

Omawiano w nim różne sposoby poruszania się zwierząt pod kątem zużycia energii, koniecznej do przemieszczania się na dany dystans. Konkretnie, porównano efektywność energetyczną ruchu (liczoną np. w dżulach na kilogram na kilometr) dla różnych zwierząt wodnych, lądowych i latających.

Lepsi niż myszy i psy, gorsi niż konie

Okazuje się, iż człowiek – jeszcze bez wspomagania się jakąkolwiek technologią – i tak wypada w tej konkurencji całkiem nieźle. Bo, co może być zaskoczeniem, wypadamy lepiej niż na przykład psy, owce, krowy, gołębie czy mewy. I znacznie, znacznie lepiej niż myszy, które w tym zestawieniu okazały się szczególnie nieefektywne.

Nie jest to jednak wcale aż tak dziwne. Po pierwsze, zwierzęta o dłuższych nogach są zwykle bardziej wydajne, ponieważ uzyskują większy dystans z każdego kroku. To tłumaczy, dlaczego ludzie są mniej efektywni niż np. konie, oraz dlaczego myszy i inne małe ssaki są szczególnie mało efektywne.

Po drugie, większość historii naszego gatunku to polowania z nagonką i inne aktywne sposoby zdobywania pożywienia. W przeciwieństwie do większości z nas nasi przodkowie musieli bardzo dużo biegać i chodzić, często z pustym żołądkiem. I ewolucja całkiem nieźle nas pod tym kątem zoptymalizowała. Co zresztą ma też negatywne konsekwencje: okazuje się, iż brak ruchu jest dla nas znacznie bardziej niezdrowy niż dla goryli, szympansów czy innych naczelnych.

Jednak jeżeli chodzi o poruszanie się, ludzie są jednak znacznie mniej wydajni niż ryby. Dlaczego? Przemieszczanie się wiąże się z wydatkiem energii przede wszystkim na pokonywanie grawitacji oraz samo napędzanie ruchu do przodu. Większość zwierząt lądowych musi najpierw zużyć energię, by utrzymać się w pozycji stojącej, a następnie — przy każdym kroku — by przesunąć się naprzód. Zwierzęta pływające mogą sunąć przez wodę, wykorzystując wyporność, która w zasadzie znosi wpływ grawitacji i konieczność walki z nią.

Jak pływać asfaltowymi rzekami miejskiej dżungli?

Jednak istnieje prosty trik, który nam, ludziom, pozwala poruszać się z efektywnością porównywalną, a choćby większą niż w przypadku ryb. Wystarczy w tym celu … wsiąść na rower.

Mówimy tu o zwykłym „analogowym” rowerze, napędzanym wyłącznie siłą ludzkich mięśni, choć sytuacja wygląda prawdopodobnie dość podobnie dla rowerów elektrycznych.

A to dlatego, iż koła umożliwiają toczenie się bez ciągłego pedałowania, a sztywna rama podtrzymuje siedzącego rowerzystę, przejmując na siebie ciężar walki z grawitacją. Rowery zamieniają nas więc w niezwykle wydajne istoty, poruszające się po lądzie w sposób przypominający pływanie.

Oczywiście, biologia nie zna rozwiązań takich jak osie i koła, służące do przemieszczania się. choćby jeżeli byłyby one możliwe anatomicznie (co jest bardzo wątpliwe), to i tak – ze względu na brak w przyrodzie nawierzchni, gdzie rozwiązanie takie byłoby korzystne – nie miałyby ewolucyjnego sensu.

Zupełnie inaczej sytuacja wygląda w miastach, gdzie wszędzie mamy mniej lub bardziej gładkie, twarde nawierzchnie z asfaltu, betonu lub kamienia. Są one stworzone dla pojazdów kołowych, ale niekoniecznie idealne dla naszych nóg – gdy po nich biegamy, mocno obciążamy nasze stawy. Z tego względu można powiedzieć, iż w mieście jazda na rowerze jest bardziej naturalna niż bieganie.

Pewnym problemem pozostaje jednak to, iż rowerzyści nie są tak opływowi, jak ryby. Muszą więc pokonywać większy opór powietrza. Jednak rowery poziome wyposażone w aerodynamiczną osłonę (ang. velomobile) – mogą pozwolić ludziom poruszać się z jeszcze większą wydajnością niż zwykłe „dwa kółka”.

Rower wygrywa nie tylko ze zwierzętami. Także z innymi maszynami

Człowiek na rowerze jest dużo wydajniejszy nie tylko od innych zwierząt, ale od innych maszyn. I to zarówno lądowych (samochody, motocykle, autobusy), jak i latających, takich jak helikoptery i samoloty, w tym odrzutowe samoloty pasażerskie. W porównaniu do samochodu rower jest kilkukrotnie wydajniejszy.

Uwaga, raz jeszcze: chodzi nam tu o energię zużytą na przemieszczenie jednostki masy pojazdu na danym dystansie, np. kilograma na jeden kilometr.

Dlatego tak naprawdę przewaga roweru jest tu znacznie większa. I nie jest trudno zrozumieć, czemu. Jak ładnie ujął to kiedyś fizyk atmosfery prof. Szymon Malinowski: „Niezależnie od tego, jaki mamy samochód [tj. spalinowy, hybrydowy czy elektryczny – przyp. redakcji], z punktu widzenia fizyki służy on głównie do przemieszczania swojej masy. Naprzemienne rozpędzanie i zatrzymywanie 1,5 tony żelastwa jest działaniem nieefektywnym”.

No właśnie. Większość masy układu rower + człowiek (plus ew. bagaż) stanowi człowiek (pełniący też przecież rolę silnika). W przypadku aut stosunek tych mas jest zupełnie inny.

Znikomy ślad węglowy i niezależność od cen ropy

W dodatku energia energii nierówna.

Jeśli poparzymy na wpływ różnych środków transportu na klimat i jakość powietrza, a nie tylko na efektywność zamiany energii na ruch, przewaga roweru okaże się jeszcze dużo większa. Przecież rowerzysta „jeździ na biopaliwie” – naszym źródłem energii nie są paliwa pochodzące z ropy naftowej. Przynajmniej nie bezpośrednio, bo współczesna produkcja żywności bez paliw węglowodorowych nie jest możliwa. Mamy też emisję CO₂ związaną z wyprodukowaniem roweru. Całkowity „ślad węglowy” rowerzysty jest jednak i tak znacznie niższy niż w przypadku kierowcy auta spalinowego a choćby hybrydy czy „elektryka”.

Czytaj także: Gaz i ropa w górę. Eksperci o możliwych scenariuszach

Nawet jeżeli komuś los planety czy stan środowiska nie spędzają snu z powiek, być może do wyboru roweru skłonią go kwestie ekonomiczne.

Mamy dziś przecież do czynienia z kolejnym kryzysem paliwowym, związanym z wojną, którą USA i Izrael toczą z Iranem. Blokada cieśniny Ormuz powoduje, iż ok. 1/5 światowej produkcji ropy naftowej nie może trafić do odbiorców. Rzecz jasna niedobór ropy wywołuje szybki wzrost cen produkowanych z niej paliw. Im dłużej potrwają działania wojenne i im wyższa będzie cena litra benzyny czy oleju napędowego na stacjach, tym więcej zaoszczędzimy, wybierając dwa kółka zamiast czterech.

Do tego mamy korzyści zdrowotne związane z wysiłkiem fizycznym, do którego wielu osobom trudno się zmusić. Lub znaleźć czas na sport.

Z tych wszystkich (i jeszcze kilku innych) powodów, jeżeli tylko się da, naprawdę warto wybrać rower zamiast auta. A da się znacznie częściej, niż wiele osób sądzi. Poza paroma tygodniami zimy i bardzo ulewnymi deszczami można jeździć przez cały rok. Wożąc przy tym – jeżeli jest taka potrzeba – całkiem spory bagaż lub choćby dziecko. Nie zapominając przy tym oczywiście o kasku.