자전거의 기어변속은 아직 자동 변속기가 존재하지 않아서 정확한 이론을 이해하지 못하면 적당한 기어 비율을 사용하기 어렵고, 효율이 떨어지는 라이딩으로 이어질 수밖에 없다.
기어 단수의 계산
기어 단수는 앞 체인링의 개수와 뒤 스프라켓의 개수를 곱하여 계산한다.산악자전거의 경우는 보통 앞 체인링의 개수가 3개를 사용하고 있고, 로드 사이클의 경우는 체인링의 개수를 2개 또는 3개 사용한다.
뒤 스프라켓은 보통 8~9개를 사용하는 것이 많다.
기어 단수 = 앞 체인링의 수 X 뒤 스프라켓의 수
그래서 우리나라에 많이 사용되는 산악자전거의 경우 기어단수는
앞 체인링의 수(3) X 뒤 스프라켓의 수(9) = 27단
과 같이 계산할 수 있다.
체인링(체인휠이라고도 함)의 T수
T수라 함은 체인링 또는 스프라켓의 톱니(tooth) 개수를 말한다.산악용 자전거와 로드용 자전거는 기본적으로 기어 T수가 차이가 난다. 산악용은 험한 언덕길을 달리기 쉽도록 체인링의 T수가 적은 편이며, 로드용은 도로에서 빠른 주행을 위해 T수가 많은 편이다.산악용은 3개의 T수가 44-32-22를 사용하는 경우가 가장 일반적이며, 로드용은 50-34T(또는 53-39T) 두개의 체인링을 사용하는 경우가 많다.스프라켓의 T수
산악용은 로드용에 비해 T수가 더 많은 스프라켓을 사용하여 갑작스런 길의 변화에 대응하도록 만들어졌다. 산악용 스프라켓의 T수는 보통 가장 작은 것이 11T, 가장 큰 것이 34T 정도로 되어 있다. 로드용은 가장 작은 것이 11T, 가장 큰 것이 27T 정도로 되어 있어 도로에서 고속 주행 시 편리하도록 되어 있다.
기어변속에 따른 힘과 이동 거리의 차이
체인링은 다리의 회전과 동일하게 회전하며, 그 힘은 체인을 통해 스프라켓으로 전달된다. 그리고 스프라켓의 회전 수는 뒤 바퀴의 회전수와 동일하다.
먼저 체인링을 가장 작은 22T에 놓고, 스프라켓을 22T 놓으면 페달링을 한 바퀴할 때 자전거 바퀴는 한 바퀴 회전하게 된다. 이것의 힘을 "22T / 22T = 1"이라고 하자.
체인링을 44T에 놓고, 스프라켓을 11T에 놓고 페달링을 하면 페달링 1바퀴에 뒤 바퀴는 4바퀴 회전하게 된다. 그러면 4배의 거리를 움직이게 되어 "44T / 11T = 4"의 힘이 들어가게 된다.
체인링을 22T에 놓고, 스프라켓을 34T에 놓으면 "22T / 34T = 0.65"의 힘이 들어가게 된다.
같은 환경에서 힘과 이동거리는 서로 비례하게 되어 같은 회전력에 이동거리가 짧아지면 힘이 덜 들어가게 되는 것이다.
기어변속의 필요성
왜 기어 변속같은 복잡하고, 고장나기 쉬운 시스템을 자전거에 넣은 것일까?
위에서 힘의 차이를 이야기한 것 같이 언덕을 올라가고자 할 때는 힘이 많이 들어가는 기어비율을 사용하면 올라가기 어려워진다. 페달링 한번에 0.65의 힘을 써도 될 것을 4의 힘을 사용하여 올라간다면 쉽게 피로해지고, 때로는 내 몸에 4라는 힘을 쓸 기운이 없을 때도 있다.
힘이 적게 들어가는 기어비율을 사용하면 같은 페달링으로 속도는 느리지만, 힘도 적게 들게 되므로 언덕을 타고 오를 수 있게 된다.
그리고, 언덕을 내려가거나 평지에서 이미 속도가 붙어있는 상황이라면 4라는 힘을 관성의 힘과 중력의 힘이 도와주어 쉽게 전달할 수 있게 된다. 그러므로 같은 페달링에 빠른 속도를 낼 수 있게 되는 것이다.
