雨の日の自転車：反応時間と制動距離
中学3年のユイさんは、雨の日の通学路で自転車の停止距離を調べた。乾いたアスファルトでは時速18kmからブレーキをかけ、制動距離は6.0m、6.2m、5.8mだった。雨上がりの同じ路面では9.1m、8.9m、9.0mだった。それぞれ平均して考える。反応時間は0.80sで、空走距離は速さ×反応時間とする。時速18kmは5.0m/sである。自転車と荷物の質量は合わせて60kgで、ブレーキの強さは一定とみなす。タイヤの空気圧は適正で、実験は同じ平坦な直線路で行った。登校時、ユイさんは時速18kmで走るトラックの5m後ろを走っていた。雨で路面はぬれていた。トラックが急ブレーキをかけた。ユイさんは「雨の日は乾いた日の1.5倍の距離で止まれるように、前の車との間隔をとればよい」と考えた。さらに「速さを2倍にしても、ブレーキが同じ強さなら止まるまでの距離は2倍になるだけ」とも言った。友人は「前輪ブレーキだけの方がよく止まる」と助言したが、ユイさんは転倒が怖い。通学路は片側1車線で、見通しのよい直線が続く。停止距離＝空走距離＋制動距離とする。
1. 時速18kmのときの空走距離、乾いた路面と雨上がりの路面の停止距離をそれぞれ求めよ。また、雨の日に5m後ろを走ることは安全か、数値を用いて判断せよ。
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空走距離＝5.0×0.80＝4.0m。 乾いた路面の制動距離は(6.0＋6.2＋5.8)÷3＝6.0mなので、停止距離＝4.0＋6.0＝10.0m。 雨上がりは(9.1＋8.9＋9.0)÷3＝9.0mなので、停止距離＝4.0＋9.0＝13.0m。 5m後ろでは、反応する0.80sの間に4.0m進むため、トラックとの距離は約1mしか残らない。しかも雨ではブレーキが効き始めてから9.0m必要で、5m以内では止まれない。したがって安全とはいえない。少なくとも13mより十分大きい間隔が必要で、速度を落とすべきだ。
2. 「速さを2倍にすると停止距離も2倍」という考えは正しいか。時速36kmの場合を、空走距離と制動距離に分けて説明せよ。反応時間とブレーキの強さは同じとする。
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時速36kmは10m/s。空走距離＝10×0.80＝8.0mで、これは2倍になる。 しかし制動距離は運動エネルギーが速さの2乗に比例するので、ブレーキが同じなら4倍になる。乾いた路面では6.0×4＝24m、停止距離＝8.0＋24＝32m。雨上がりでは9.0×4＝36m、停止距離＝44m。 時速18kmの10m、13mと比べると2倍では済まない。したがって考えは正しくない。速さを2倍にすると停止距離は約3倍以上になる。
3. 前輪ブレーキだけを使うと停止距離が短くなるという助言を、安全性の観点から評価せよ。ユイさんの不安も踏まえ、どのような判断が適切か。
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前輪だけを強くかけると、進行方向に重心が移って前輪の摩擦力は増えるが、前輪がロックしたり、後輪が浮いたりして転倒しやすい。雨上がりは摩擦が小さく、その危険が大きい。停止距離だけを比べても、けがをする危険を無視できない。 適切なのは、前輪と後輪をバランスよく使い、速度を落とし、車間距離を十分にとること。前輪だけに頼る判断は安全とはいえない。