[ 운동기구 ] - 자전거

안녕하세요. 지식백과사전입니다. 오늘은 운동기구중 하나인, ' 자전거 ' 에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

[1] 개요

자전거는 바퀴가 달려있으며, 사람이 타서 (주로) 발로 페달을 돌림으로써 전진하는 탈 것을 말한다.

다양한 형태와 구동 방식이 있으나 가장 일반적인 것은 두 개의 바퀴가 앞뒤에 달려있고 발로 돌리는 페달과 뒷바퀴가 체인으로 연결된 형태이다. 일반적으로 자전거라 하면 이 이륜 페달차를 의미한다. 바퀴 수가 두 개가 아닐 경우 외발자전거(unicycle), 세발자전거(tricycle) 등 다른 이름이 붙으며. 페달(?)을 팔로 돌리는 경우 완력자전거라 부른다.

기계공학적으로는 복합기계(compound machine)에 해당하며 지렛대, 도르래, 차륜, 차축 등의 단순기계(simple machine)들로 구성되어 있다. 자전거 자체는 복합 지렛대에 해당하며, 인간의 다리 힘을 회전운동으로 전환하고 기어를 통해 이를 증폭한 후 차륜을 돌려 효율적이고 빠른 주행을 가능하게 한다. 인간의 힘을 이용해 움직이는 탈것 중에선 가장 훌륭하고 위대한 발명품으로, 에너지 효율이 가장 높으며 인류 10대 발명품에도 들어가 있다.

 

 

 

[2] 자전거의 속도

기본적으로 걷거나 달리는 속도에 비해 월등히 빠르고 실제로 도심에선 차보다 빠른 경우도 많다. 비교적 힘이 덜 들기 때문에, 단거리 교통 수단으로 매우 유용하게 이용되고 있다. 미국이나 유럽 등지에선 단거리 택배업을 하는 메신저들의 주요 교통 수단이기도 하다.

자전거로 평탄한 도로를 달릴 때를 가정하고 같은 도로를 발로 달리는 것과 비교하면, 같은 사람이 같은 시간에 약 4~10배의 거리를 이동할 수 있다. 조깅하는 속도(시속 6~8킬로미터)로 두 시간 동안 지속적으로 달리면 약 12km, 같은 사람이 같은 시간 자전거를 탈 경우, 시속 20 킬로미터 속도로 두 시간이니 40킬로미터를 무난히 달릴 수 있다. 조깅 4km와 자전거 40km를 비교했을 때 칼로리 소모량은 자전거 쪽이 더 높지만 무릎과 발에 가해지는 충격이 거의 없어 피로가 누적되는 정도가 자전거 쪽이 훨씬 적다. 그리고 걷거나 뛰다가 발을 멈추면 그 자리에서 서지만, 자전거는 한참을 더 굴러가므로 더욱 힘이 절약된다. 따라서 운동을 지속하는 능력이 달리기에 비해 월등하다. 도로에서 이동거리 40km는 웬만한 도시를 끝에서 끝까지 왕복할 수 있는 거리이며, 자전거의 평균 속도 20km/h로 계산하면 두 시간이면 되니 현대에도 이동수단으로서의 가치는 빛이 바래지 않는다.

또한 동력(신체)과 자전거에 탑재된 기계 부품들이 소음을 거의 내지 않고 무게가 가볍고 비교적 저렴하며, 사람보다 훨씬 빨리 움직이기 때문에 제2차 세계대전 등 여러 전쟁에서 군용으로 사용되기도 하였다. 대표적인 예로 독일 공수부대의 공수 자전거가 있으며, 병사들이 자전거로 일정 거리를 이동한 다음 자전거에서 내려 전투를 벌이는 방식으로 운용했다. 공업력이 부족했던 일본은 차량화 부대를 대체할 목적으로 부대원 전원이 자전거를 타고다니는 보병부대인 은륜 부대를 만들기도 했다. 나중 가면 독일도 석유를 구할 데가 없어지자 그냥 편제에 차를 없애고 알아서 자전거 타고 다니라고 했다. 또한 전령이나 정찰병들이 자전거를 운용하기도 했다. 스위스의 경우 이러한 용도를 위해 1905년에 자전거 부대를 창설하여 2003년까지 운용한 바 있다.

비교대상으로 꼽히는 오토바이나 스쿠터에 비하면 훨씬 싼 편이다. 하지만 자전거 역시 효율적인 동력과 튼튼한 부품으로 맞추려면 천만원 가까이 깨진다. 레이싱용 자전거의 경우 브랜드 수입차보다 비싼 것들도 많다. 서민들이 쉽게 접근할만한 자전거라면 크롬과 철 소재의 쌀집 자전거 정도가 마지노선이다.

 

 

 

[3] 자전거의 역사

1790년경에 프랑스에서 콩트 메데 드 시브락이라는 사람이 발명한 원시적인 자전거 형태가 나왔다고 하나 실증이 되지않고 이설이 분분하여 확인할 수 없다.

1818년 독일의 카를 폰 드라이스(Karl de Drais, 1785~1851)가 핸들이 달린 목마 이륜차인 드라이지네(Draisienne)를 발명했는데, 이는 실증되는 자전거의 원조로 꼽힌다. 자전거의 진화에 크게 기여한 것은 1839년 스코틀랜드의 커크패트릭 맥밀런이 페달을 장착한 자전거를 발명하면서부터였다. 맥밀런의 자전거는 다리의 힘을 직접 바퀴에 전달해 더 이상 땅을 차지 않고 앞바퀴로 방향을 자유롭게 전환할 수 있었다.

1861년 파리에서 발판으로 앞바퀴를 직접 돌리는 피에르 미쇼(Pierre Michaux)의 벨로시페드로 이어진다. 1879년에 영국인 헨리 존 로손 (Harry John Lawson) 에 의해 뒷바퀴를 체인으로 구동하는 물건이 제작되 이를 바이시클레트라고 명명했다. 이것이 영어 Bicycle의 어원이 되었다.

1884년에는 스탈리 & 서튼, 험버, 맥카몬, BSA 등이 바이시클레트를 개량한 물건을 만들어 내었다. 이를 보듯이 초창기 자전거 회사들이 나중에 발전하여 자동차 회사를 이루게 되는 경우가 많았다.

1885년에는 영국의 존 켐프 스탈리(John Kemp Starley, 1854~1901)가 체인으로 작동하는 자전거인 로버(Rover)를 발명했다. 이는 앞바퀴와 뒷바퀴의 크기를 같게 하고, 페달 밟는 힘이 체인을 통해 뒷바퀴에 전달하는 원리로 현대 자전거의 원형이 되었다. 나중에 이 로버사(Rover Company)는 발전하여 자동차 회사가 되는데 1967년 레이렌드 모터스에 합병되고 이후 여러 파생 브랜드를 낳았다. 그 중에 유명한게 랜드로버다.

한편 1888년에는 영국의 수의사 존 보이드 던롭(John Boyd Dunlop, 1840~1921)이 공기 타이어를 장착한 자전거를 발명했고, 1890년 스탈리가 발명한 로버 안전 체인 자전거와 공기 타이어가 결합하면서 ‘바이시클(Bicycle)’이라는 이름의 현대적 자전거가 완성 되었다.

 

 

 

[4] 종류

포장도로용
로드바이크 ‧ 타임 트라이얼 바이크 ‧ 픽스드 기어 바이크 ‧ 미니 스프린터 ‧ 투어링 자전거 ‧ 랜도너

비포장도로용
MTB ‧ 싸이클로크로스 ‧ 그래블 바이크 ‧ 팻바이크

생활용
신사용 자전거 ‧ 아줌마 자전거 ‧ 쌀집 자전거 ‧ 미니벨로 ‧ 접이식 자전거 ‧ 하이브리드 자전거 ‧ 유사 MTB

기타
BMX ‧ 트라이얼 ‧ 전기자전거 ‧ 원동기장치자전거 ‧ 외발자전거 ‧ 세발자전거 ‧ 네발자전거 ‧ 리컴번트

 

 

 

[5] 부품

• 프레임: 말 그대로 자전거를 이루는 뼈대이다.
  조향계, 구동계를 연결시키는 부분으로 소재는 주로 철재를 사용했으나 현재는 알루미늄과 플라스틱을 함침시킨 카본파이버 등 다양하게 사용 중이다. 초기에는 나무, 근대에는 철재로 바뀌었으며, 현대와 같은 튜브를 사용한 튜빙방식은 1886년 만네스만에서 파이프를 뽑아내기 시작한 이후부터이다. 알루미늄을 도입하기 시작한 것은 1899년 페데르센 자전거 등에서 시작되었다. 카본파이버의 도입은 1991년 Lemond Team Z Bike. 그 외에 다양한 카본 자전거 정보가 나와있으니 읽어볼만하다. 물론 영어. 최근에는 튜빙기술의 발달로 카본에 버금가는 정도의 특성을 가진 크롬-몰리브덴이나 스테인레스강으로 된 프레임을 찍어내기도 한다. 레이놀즈에서 최고의 크로몰리 튜브와 스테인레스강 튜브를 뽑아내고 있다. 승차감은 크로몰리의 탱글한 느낌보다는 카본차의 부드러움과 알루미늄의 단단함을 합친 듯한 느낌이 든다. 스프린팅 시 튕기는 맛이 뛰어나긴 하지만 역시 대세는 카본. 레이놀즈의 튜빙을 사용하는 것으로 유명한 자전거는 알렉스 몰튼이 있다. 다만 여긴 525나 520을 사용해서 조금 클래식한 승차감을 갖고 있다. 2011년 출시한 국내브랜드 (삼천리의 자회사) 첼로의 누볼라 프로도 레이놀즈 520 크로몰리 러그 프레임을 사용한다. 물론 최상위 등급인 AM GT이나 Double Pylon 같은 경우 스테인리스. 크로몰리 튜빙으로 유명한 콜롬부스(Columbus)의 XCr를 사용한 곳은 토마지니와 마지가 있다. 의외로 아직 클래식 로드와 픽시에는 많이 사용 중. 유럽의 경우 클래식 자전거 클럽들이 매우 활발하게 이루어져 있으며, 여기서는 당연 크로몰리차들이 대부분이다. 그것도 40년 넘은 것들이 수두룩. 크로몰리의 장점 중 하나는 관리만 잘 해 준다면 대를 물려 쓸 수 있다는 점이다.

• 조향계: 방향전환을 위한 작동기구. 주로 핸들바, 스티어링튜브, 포크로 구성

• 구동계: 추진을 위한 작동기구. 중/상급 자전거로 넘어갈수록 가격이 기하급수적으로 튀는 주범이다. 최근 적용 중인 전동으로 구동되는 넘의 경우 넘사벽 수준의 가격을 자랑한다.

  • 동력계: 엔진에서 힘을 받아 바퀴로 전달하는 크랭크, 체인링, 체인, 스프라켓까지. (크랭크의 회전을 도와주는 B.B 버텀브라켓도 있다.)

  • 변속기: 적절한 토크와 속도비를 조절하기 위해 사용하는 앞/뒤 디레일러 및 코그 셋인 스프라켓.

  • 휠셋 및 타이어: 바퀴의 축인 허브(Hub)와 바퀴의 뼈대가 되는 림(Rim)을 연결하는 방식에 따라 철사쪼가리로 연결하는 스포크방식, 흔히 삼발이 등으로 불리는 스포크를 대체하는 몇개의 블레이드로 연결하는 방식, 통짜를 사용하는 디스크 방식 등이 있다. 소재로는 무게와 강성의 확보가 쉬운 알루미늄 합금을 가장 많이 사용 중이며 고급 휠셋의 경우 카본이나 복합소재를 사용하는 것들이 많다. 고전적인 것으로는 허브와 림 사이에 많은 수의 스포크를 연결하여 상당히 아름다운 외관을 보이는 비치크루저의 휠셋이나 클래식 로드의 반짝이는 크롬질감 휠셋들은 시대를 타지 않는 아이템.
    타이어는 자전거를 사용하는 환경에 따라 트레드가 거의 없거나 적은 레이싱용에서부터 깍뚜기로 불리는 극단적인 트레드를 가진 것, 얼음판용 스파이크를 달고 있는 놈도 있다.
    림과 결합방식에 따른 구분으로는 그냥 림 위에 본드나 테이프로 붙여 버리는 튜블러, 타이어 측면의 강철와이어 혹은 케블러와이어 비드(kevlar bead)를 사용해서 타이어의 공기압에 의해 밀려 림의 채결구조와 결합되는 클린처로 크게 나뉘고 특이하게 통타이어 같은 걸 쓰는 곳도 있는 듯하다.

 

[6] 자전거 타기와 건강

자전거뿐만 아니라 어떤 운동이든지 땀 송송 날 정도, 숨이 살짝 가빠져서 말하는데 조금 힘든 수준 정도로, 혹은 심박계를 이용할 수 있다면 유산소 운동대인 자신의 최대심박 기준 60~70%대에서 40~60분 이상의 강도로 주 3~5회 이상 주기적으로 해 주면 40대 이후에 나타날 수 있는 순환기계 질환과 골다공증, 당뇨 등 흔히 갱년기 질환이라 말하는 것들을 상당부분 예방 및 완화가 가능하다. 하지만 지병이 있는 경우 타기전에 의사와 먼저 상담을 할 것.

자전거를 이용한 운동의 장점은 다음과 같다.

• 어린이부터 노약자까지 누구나 쉽게 접할 수 있다.

• 특별한 부수적인 장비가 필요없이 시작 가능하다. 시중에 출시된 각종 고가의 장비는 에너지 효율이나 정비성, 취향 등의 목적일 뿐 운동으로서의 자전거와는 별 상관이 없다. 다만, 저녁이나 야간 등 어두울 때 자전거를 탈 때에는 안전을 위해 필히 전방을 비출 라이트와 후미등 정도는 값싼 것으로라도 장착해 놓아야 한다.

• 운동과 이동수단을 겸할 수 있다. 출퇴근 거리가 왕복 20km 내외라면 가장 이상적인 이동수단과 운동수단을 겸할 수 있다.

• 각자의 신체조건에 따라 운동강도와 시간을 자유자재로 조절할 수 있다. 페달링할 때 기어비와 RPM 조절만으로 유산소/무산소 운동대를 자유자재로 조절 가능하며 자전거를 타고 달리는 경로 조절만으로 자전거를 타는 시간 조절이 가능하다. 축구, 테니스, 골프 등 특정한 장소에서 하는 운동에 비하여 그 자유도가 비교할 수 없이 크다.

• 사고와 부상의 위험이 매우 적다. 안전 수칙을 준수하고 교통사고에 주의한다면 다칠 일은 없다. 축구를 예로 들어 보자. 신체를 이용해 공에 충격을 가하고 서로 공을 차지하기 위해 몸싸움을 벌이기 때문에 한 경기 뛰고 나면 발가락부터 시작해서 정강이, 머리까지 성한 곳이 없을 정도다. 자전거는 선수처럼 달려도 넘어지지만 않으면 부상이 전혀 없다.

피팅을 제대로 하고 달릴 경우 어지간해서는 순수하게 자전거 타기로 인해서 발생하는 부상 자체가 없으며, 피팅을 제대로 잡지 않았다 하더라도 한 시간 내외의 짧은 라이딩으로 관절 등의 부상이 발생하지 않는다. 달리기와 비교 시 자유도는 비슷한 수준이나, 자신의 체중 몇 배에 해당하는 충격량이 발목, 무릎, 골반 및 척추에 전달되는 달리기와는 달리 자전거는 수영과 마찬가지로 체중에 의한 충격이 거의 없다. 자전거가 몸에 도움이 되는 것에 대한 정리는 The Health Benefits of Cycling에 잘 나와있다.

 

 

 

[7] 자전거를 배우려면 . . .

가급적이면 어릴때, 특히 아무리 늦어도 초등학교 저학년때 배우는 것을 추천한다. 물론 이론적으로는 성인이 된 사람도 자전거 타는 것을 배울 수는 있지만, 자전거 이전에 축구, 태권도 등 다른 운동들을 즐겨했고, 위기상황시 순발력도 남들보다 뛰어나야 한다는 전제가 깔려 있어야 한다. 그도 그런 것이 자전거를 탈때 필요한 평형성 등 운동기능과 관련된 능력은 성장기때의 신체활동이 평생을 좌우하기 때문이다.

게다가 다른 탈것들도 그렇지만, 특히 자전거와 이륜차를 잘타고 못타고를 결정짓는 것은 속도를 잘내는게 아니라 위기상황시 얼마나 여유롭게 대처해야 하는 것에서 갈리기 때문. 예를 들면 뜻하지 않는 장애물이라든지, 교차로 등에서 차량이나 동물이 튀어나오는 경우 등이 있다. 이러한 대처능력도 하루아침에 길러지는 게 아니다.

 

 

 

지금까지 운동기구 중 하나인, ' 자전거 ' 에대하여 알아보았습니다. 긴글 읽어주신 여러분께 감사드립니다.

저는 다음에 또 뵙겠습니다!